Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований 9
1.1. Состояние вопроса 9
1.2. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследований 28
1.2.1 Анализ состояния вопроса 28
1.2.2 Обоснование принятых методов и способов решения.
Цель и задачи исследований 35
ГЛАВА 2. Исследование деформационно-прочностных и реологических свойств осадочных пород при изгибе 40
2.1. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной однослойной балки в режиме кратковременного нагружения 40
2.2. Методика и результаты лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств горных пород при изгибе 51
2.3. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной однослойной балки в режиме длительного нагружения 61
2.4. Методика и результаты лабораторных исследований реологических свойств горных пород при изгибе 67
2.5 Выводы по главе 78
ГЛАВА 3. Исследование напряженно-деформированного состояния неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами 81
3.1. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной многослойной балки в режиме кратковременного нагружения 82
3.2. Методика и результаты лабораторных исследований несущей способности и деформируемости упруго-пластичных многослойных балок в режиме кратковременного нагружения 99
3.3. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной многослойной балки в режиме длительного нагружения 114
3.4. Методика и результаты лабораторных исследований несущей способности и деформируемости упруго-пластичных многослойных балок в режиме длительного нагружения 121
3.5. Выводы по главе 134
ГЛАВА 4. Методика расчета допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами ... 136
4.1. Обоснование принятых методов решения и допущений 136
4.2. Основные расчетные положения 149
4.3. Пример расчета 165
Заключение 176
Литература
- Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследований
- Методика и результаты лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств горных пород при изгибе
- Методика и результаты лабораторных исследований несущей способности и деформируемости упруго-пластичных многослойных балок в режиме кратковременного нагружения
- Основные расчетные положения
Введение к работе
Кровля горных выработок шахт, разрабатывающих месторождения осадочных полезных ископаемых, в большинстве случаев состоит из слоев, которые отличаются физико-механическими свойствами, мощностью и условиями сцепления по контактам. После проведения раких выработок толща пород кровли с течением времени, как правило, расслаивается, что приводит к снижению ее устойчивости и безопасности работ. В последние годы в качестве крепи горных выработок, как на отечественных, так и на зарубежных шахтах все чаще используются сталеполимерные анкеры, поскольку их применение для большого круга горно-геологических и горнотехнических условий оказалось экономически выгодным и технически эффективным.
В процессе эксплуатации таких выработок необходим контроль их технического состояния. Одним из способов оценки устойчивости кровли выработок, закрепленных анкерами, служит сравнение величины ее фактического прогиба с допустимым значением. Однако, допустимая величина прогиба кровли в большинстве случаев определяется по результатам многолетних наблюдений за ее поведением в процессе эксплуатации выработок. Получение этих данных является длительным и трудоемким процессом, в то время как они необходимы уже на стадии проектирования выработки. К тому же эмпирические зависимости не объясняют природы происходящих явлений и пригодны только для конкретных условий, а, значит, не могут претендовать на универсальность, как, например, аналитические.
В настоящее время наиболее значительные успехи в прогнозе проявлений горного давления достигнуты в натурных исследованиях, обобщением которых стали «Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР» [130], а позднее - «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» [57], разработанные под руководством ВНИМИ. В этих работах, являющихся сейчас основными нормативными документами при
проектировании горных сооружений, расчеты параметров крепи производятся по величине ожидаемых смещений, которые находятся на основе типовых, представляющих собой усредненную величину смещений на контуре выработки, исходя из глубины ее заложения и прочности пород при сжатии. Однако, значение допустимого прогиба кровли выработки, необходимого для инструментального контроля ее состояния, эти документы не дают.
Несмотря на целый ряд работ, посвященных проблеме обеспечения устойчивости кровли (Динник А.Н., Слесарев В.Д., Кузнецов Г.Н., Кузнецов СТ., Воронин И.Н., Руппенейт К.В., Ержанов Ж.С., Лехницкий С.Г., Курленя М.В., Либерман Ю.М., Линьков A.M., Донцул Н. Ф., Бажин Н.П., Мельников О.И., Райский В.В., Стеценко В.П., Амусин Б.З., Булычев Н.С., Оловянный А.Г., Протосеня А.Г., Зубов В.П., Ковалев О.В. и др.), аналитические расчеты смещений слоистой кровли в настоящее время вызывают затруднения. Это объясняется тем, что для строгих аналитических расчетов смещений пород на контуре выработки необходимо знать исходное напряженное состояние и комплекс прочностных, деформационных и реологических характеристик массива, прямые методы определения которых отсутствуют. Кроме того, важным моментом является то, что теория упругости базируется на законе Тука для идеально-упругих изотропных сред, каковыми горные породы в большинстве своем не являются, учитывая их пластичность и слоистость. Поэтому, на современном этапе рассчитать допустимые смещения кровли горных выработок с определенной достоверностью возможно только с максимальным использованием результатов экспериментальных исследований.
Таким образом, несмотря на существующие теоретические решения и нормативно-методические документы, определение величины допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли по-прежнему остается актуальной задачей, не получившей полного решения.
Целью работы является повышение достоверности инженерных методов прогноза допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли горной выработки прямоугольного сечения, закрепленной сталеполимерными
анкерами по принципу сшивания слоев в единую плиту.
Идея работы заключается в том, что для определения допустимого прогиба заанкерованной неоднородной слоистой кровли используются установленные закономерности реологического процесса снижения величины предельной относительной деформации пород и их контактов.
Для достижения поставленной цели использовались методы исследований, включающие: анализ и обобщение данных натурных и лабораторных исследований, содержащихся в литературных и фондовых источниках; лабораторное моделирование на образцах горных пород; аналитическую обработку результатов исследований с применением теории строительной механики; сравнение результатов аналитических расчетов с экспериментальными данными шахтных замеров.
Задачи исследований:
определить характер деформирования и несущую способность породных слоев и их контактов при упруго-пластическом изгибе, и сдвиге, соответственно;
установить закономерности изменения во времени прочности и предельной деформации (разрушения) пород и межслоевых контактов при их длительном нагружении - упруго-пластическом изгибе и сдвиге, соответственно;
разработать метод расчета упруго-пластических многослойных неоднородных балок по предельным деформациям;
изучить деформирование заанкерованной неоднородной слоистой кровли на примере упруго-пластического изгиба многослойных неоднородных породных балок в режиме длительного нагружения;
разработать методику расчета допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработок прямоугольного сечения, закрепленных сталеполимерными анкерами.
Научные положения, выносимые на защиту: 1. Характер изменения во времени прогиба неоднородной слоистой кровли, закрепленной анкерами, определяется как реологическими свойствами
слагающих ее пород, так и толщиной слоев и их взаимным расположением.
2. Допустимый прогиб заанкерованной неоднородной слоистой кровли,
соотносимый для оценки ее устойчивости с величиной фактического прогиба,
является временной функцией предельных относительных деформаций
(разрушения) породных слоев и их контактов.
3. Величина предельной деформации сдвига контакта пород, определяющая
прогиб заанкерованной пачки неоднородной слоистой кровли, при котором
происходит ее расслоение, с увеличением нормальных напряжений остается
практически постоянной.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Экспериментально доказано, что при длительном нагружении предельная относительная деформация растяжения породы при изгибе и предельная относительная деформация сдвига контакта пород изменяются.
Установлено, что нормальные напряжения, действующие на контакте породных слоев, не оказывают существенного влияния на величину его предельной (разрушающей) деформации сдвига.
3. Получена функция ползучести неоднородной слоистой балки,
определяющаяся деформационными и реологическими характеристиками ее
породных слоев, а также их расположением относительно нейтральной оси.
Установлена степень влияния податливости краевой части пласта полезного ископаемого на величину допустимого прогиба кровли выработки.
Определены количественные соотношения между параметрами ползучести породы при изгибе, сжатии и растяжении, позволяющие определять данные реологические характеристики по результатам испытаний горной породы только на длительный изгиб. При этом установлена особенность деформирования горной породы во времени, заключающаяся в том, что скорость ползучести породы при растяжении больше, чем при сжатии.
Личный вклад автора заключается в постановке задач и разработке методики исследований, в организации и проведении лабораторных экспериментов и теоретических исследований по изучению деформирования во
времени слоистых неоднородных породных балок, в обработке материалов экспериментов и получении основных научных результатов.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается представительным объемом испытаний одно- и многослойных моделей, изготовленных из трех разновидностей горных пород, включающим реологические исследования, занявшие более двух лет (испытано около 200 моделей); удовлетворительной сходимостью расчетных данных, результатов лабораторных экспериментов и натурных исследований на шахтах ОАО «Воркутауголь».
Практическое значение работы заключается в разработке методики расчета допустимого прогиба заанкерованной слоистой неоднородной кровли, необходимого для инструментального контроля ее состояния.
Реализация работы: результаты работы предназначены для использования при решении вопросов контроля состояния заанкерованной кровли горных выработок на угольных шахтах.
Апробация работы: основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Конкурсе молодежи предприятий, научно-исследовательских институтов и учебных заведений на лучшую научно-техническую работу (Москва, 1998 г); заседаниях секции по геомеханике Ученого совета ВНИМИ (С.-Петербург, 2003-2005 гг.), научно-технических советах ОАО «Воркутауголь», XV Конкурсе на лучшую молодежную научно-техническую разработку по проблемам топливно-энергетического комплекса в 2006 году («ТЭК-2006», Москва).
Публикации: по теме диссертации опубликовано восемь работ.
Объем и структура диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 160 наименований. Содержит 191 страницу машинописного текста, в том числе 16 таблиц и 69 рисунков.
Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследований
Устойчивость горных выработок предопределяет безопасное ведение горных работ и эффективную разработку месторождений полезных ископаемых.
В настоящее время прогноз проявлений горного давления в выработках проводится как на основе шахтных и лабораторных экспериментов, так и с помощью аналитических и эмпирико-аналитических методов. При этом наиболее значительные успехи достигнуты в натурных исследованиях. Основными работами здесь можно назвать «Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР» [130] и позднее вышедшую на их основе «Инструкцию по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» [57], разработанные по результатам многолетних наблюдений за поведением пород кровель в разных бассейнах страны. В этих работах, являющихся сейчас основными нормативными документами при проектировании горных сооружений, расчеты параметров крепи кровли выработок, в том числе анкерной, производится по величине ожидаемых максимальных смещений, которые находятся на основе типовых, представляющих собой усредненную величину смещений на контуре выработки исходя из глубины ее заложения и расчетной прочности пород при сжатии. Однако, значение допустимого прогиба кровли выработки, необходимого для инструментального контроля ее состояния, эти документы не дают.
На практике величина допустимого прогиба кровли определяется исходя из предельного прогиба и коэффициента запаса в результате длительных шахтных наблюдений за ее поведением в процессе эксплуатации выработки. Таким эмпирическим методам присущи недостатки - ограниченность области их применения теми условиями, в которых проводились замеры, большая трудоемкость работ, а также их неспособность раскрыть природу происходящих явлений. Многими исследователями предпринимались попытки решать аналогичные задачи строгими аналитическими методами. Несмотря на целый ряд работ, посвященных проблеме обеспечения устойчивости кровли [2, 12, 43, 49, 52, 65, 79, 81, 83, 84, ПО, 114, 133 и др.], аналитические расчеты предельных смещений в настоящее время вызывают затруднения.
Это объясняется тем, для строгих аналитических расчетов смещений пород на контуре выработки с применением теории упругости необходимо знать исходное напряженное состояние пород и комплекс прочностных, деформационных и реологических характеристик, прямые методы определения которых отсутствуют. Условное же принятие этих характеристик путем введения в расчеты различных эмпирических коэффициентов и допущений, переводит строгие аналитические решения в приближенные. Применяемый при этом математический аппарат довольно сложен, получаемые выражения обычно громоздки и требуют большого количества исходных данных. Эти данные, однако, часто имеют большой разброс (до 50%), который перекрывает точность вычислений и сводит на нет все затрачиваемые усилия и ценность самого метода. Кроме того, важным моментом является то, что теория упругости базируется на законе Гука для идеально-упругих изотропных сред, каковыми горные породы в большинстве своем не являются, учитывая их пластичность (см. таблицу 1.1), слоистость и нарушенность. Поэтому, думается, что на современном этапе устойчивость кровли горных выработок и ее допустимые смещения с определенной достоверностью можно рассчитать только с помощью инженерных (приближенных) методов с максимальным использованием результатов экспериментальных исследований.
Тем не менее, общую оценку применимости упругих и вязко-упругих решений [43,81] для прогноза проявлений горного давления можно свести к следующему. Смещения точек поверхности выработок, согласно указанным решениям, малы (порядка нескольких миллиметров). Следовательно, в такой постановке нельзя ни решить задачу об условиях применения крепи, ни выбрать ее конструкцию. Что касается расчета величины нагрузок, действующих на крепь, то упругие решения дают ее с запасом, и во многих случаях довольно большим. Таким образом, область применения теории упругости ограничена. В то же время, недооценивать их значение не следует. Можно отметить такое обстоятельство: хотя упругие задачи, как известно, дают первое приближение к соответствующим упруго-пластическим, в ряде случаев достаточно введения всего лишь одного специального коэффициента для того, чтобы получить приемлемый с практической точки зрения результат [62]. Здесь в полной мере проявляются достоинства аналитических решений.
Использование жестко-пластической модели в механике горных пород сыграло весьма заметную роль [101, 134]. Уравнения этой теории достаточно просты, и разработаны эффективные способы их решения. Однако, эти уравнения замкнуты только относительно напряжений, а связь напряжений и деформаций в них не учтена. Для определения деформаций и, следовательно, смещений необходимо привлекать дополнительные уравнения.
Методика и результаты лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств горных пород при изгибе
Целью данных экспериментов была проверка полученных в предыдущем параграфе формул, описывающих напряженно-деформированное состояние однослойной породной балки, испытывающей упруго-пластичный изгиб.
При выборе горных пород для моделей-балок мы исходили из того, что диапазон изменения их механических свойств должен быть характерен для пород осадочного происхождения. В связи с этим для экспериментов были выбраны сланец, мрамор и известняк, прочность на изгиб которых равна от 4 до 12 МПа. Испытания проводились в условиях поперечного изгиба балки, свободно лежащей на двух опорах.
В начале была проверена правомерность применения гипотезы плоских сечений к описанию закономерностей деформирования породных балок. Для этого в середине пролета брусков на боковую поверхность по всей ее высоте наклеивались тензодатчики типа ПКБ, подключаемые затем к электронному измерителю деформаций ИДЦ-1 (рис. 2.7). С его помощью по мере нагружения балок вычислялись относительные деформации их волокон, расположенных на разной высоте. Поскольку было замечено, что приложение сосредоточенной нагрузки в середине пролета, т.е. непосредственно над тензодатчиками, оказывает влияние на величину измеряемых деформаций, то во избежание этого эффекта изгиб балки производился двумя моментами, приложенными к ее концам. Преимуществом такой схемы нагружения является и то, что вся активная длина балки (пролете) испытывает чистый изгиб, т. к. поперечная сдвигающая сила между опорами отсутствует, а изгибающий момент постоянен. Нагрузка 2Р задавалась с помощью динамометра (типа ДОСМ) ступенями по 100-200 Н. Попутно замерялся прогиб середины балки / индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм.
Из каждой породы было испытано по 15 — 20 балок. Для того, чтобы применение теории изгиба было правомерно, отношение пролета I балки к ее высоте h было не менее четырех. Размеры балок были следующими: bxhx і = (3,0+ 4,5) х (1,24-3,0) х (18,0+ 24,0) см. Результаты экспериментов показали, что в пределах допустимой погрешности измерений распределение деформаций по высоте породной балки можно считать линейным. На рисунке 2.10 приведены эпюры относительных деформаций є в наиболее представительных образцах. Из этих рисунков видно, что нейтральная ось породной балки не совпадает с осью симметрии: высота растянутой зоны больше высоты зоны сжатия и составляет 0,5 — 0,65 толщины образца. Также можно заметить, что по мере его нагружения практически не происходит изменения положения нейтральной оси. На рисунке 2.11 приведены диаграммы нагружения породных образцов, построенные в координатных осях «изгибающий момент в середине пролета Мсер» — «кривизна середины пролета
Хсер» (величина изгибающего момента определялась из выражения Мсер = Р-І,, а значение кривизны для сравнения вычислялось как исходя из величины прогиба середины балки по формуле Xiсер = f/A, где А = 2/8, так и исходя из величины относительной деформации /, которую испытывает z-тый тензодатчик, находящийся на расстоянии z,- от нейтральной оси, по формуле У.2сер Єі/2-)- ти графики показывают, во-первых, нелинейную зависимость между прикладываемой к породной балке нагрузкой и получаемыми в результате прогибами (хотя для известняковых образцов ее можно считать почти линейной), во-вторых, что параметр пластичности а, характеризующий эту нелинейность, одинаков при сжатии, растяжении и изгибе породы, поскольку соответствующие диаграммы нагружения хорошо совпадая, имеют одну кривизну.
Для определения его величины кривые %сер (Мсер) перестраивались в прямые в логарифмических координатах. Если между изгибающим моментом и кривизной неупругой балки существует степенная зависимость (2.10), то, прологарифмировав ее левую и правую части, получим линейное уравнение: Y = bj-X-Cj, (2.25) где X=lgMcep, Y=lgxcep, b l/a, c1=b,-lgYJEI . Отложив по осям соответствующие величины, получим семейство точек (рис. 2.12), с достаточной степенью точности ложащихся на прямую (2.25), определить коэффициенты Ь] и С] уравнения которой не составляет большого труда. Затем, при помощи эпюры распределения деформаций по высоте образца (см. рис. 2.10) находилась относительная величина растянутой зоны к, а по формуле 1-к Е„ ( к У+/ (2.26) вытекающей из равенств (2.6) и (2.9), находилось отношение модулей деформации породы при ее сжатии и растяжении. Для отыскания величин самих модулей использовались выражения и Ua+2 Р и (1-к) а + 2 полученные после преобразования зависимостей, определяющих жесткость балки и входящих в равенства (2.10) и (2.25). Прочность породы при изгибе (Т„ч — отах вычислялась как по формуле (2.1), исходя из измеренной с помощью тензодатчиков предельной деформации растяжения ЄрР , так и по формуле (2.13), исходя из величины разрушающей балку нагрузки. Коэффициент Д,, учитывающий снижение нормальных растягивающих напряжений из-за разности модулей деформации породы, определялся по выражению (2.14). Дополнительно для сравнения с измеренной при помощи тензодатчиков величиной ЄрР рассчитывалось ее значение исходя из прогиба середины балки по формуле (2.24), где А = 2/8, ahp = kh. Результаты экспериментов на изгиб сведены в таблицу 2.1.
Методика и результаты лабораторных исследований несущей способности и деформируемости упруго-пластичных многослойных балок в режиме кратковременного нагружения
Целью данных экспериментов было подтверждение правомерности использования теории изгиба однородного бруса для расчета неоднородных балок, т.е. - проверка полученных в предыдущем параграфе формул.
Потеря устойчивости пачкой пород в кровле может начинаться как с излома одного из ее слоев, так и с расслоения по одному из контактов. Предварительные эксперименты по нагружению двух- и трехслойных балок показали, что определить, с разрушения какого элемента начинается этот процесс, визуально затруднительно - выход из строя какого-то одного слоя или контакта в большинстве случаев приводит к мгновенному обрушению всей модели. Поэтому, наши опыты здесь состояли из двух частей. В первой части испытывались такие многослойные балки, которые разрушались только благодаря излому слоев, поскольку нарушение их контактов было заведомо исключено (использовался прочный клей). Во второй части нагружались балки, разрушение которых, напротив, начиналось именно с контактов слоев, т. к. прочность контактов была задана специально низкой.
Первая часть экспериментов.
В натурных условиях каждый породный слой кровли нагружен как минимум собственным весом, являющимся объемной силой. Моделирование действия объемных сил в образце горной породы сопряжено с рядом трудностей. Простая замена веса пород слоистой модели ее пригрузкои сверху равномерно распределенной пусть даже двумерной силой не является эквивалентной, поскольку в этом случае картина взаимодействия слоев внутри модели отличается от реальной. Однако, в нашем случае это допустимо, так как здесь мы рассматриваем многослойную балку, которая до самого разрушения остается монолитной, т. е. не расслаивается. Поэтому, схема испытаний остается прежней, описанной в 2.2.
Многослойные модели изготавливались путем склеивания силикатным клеем двух-трех однослойных балок с последующей просушкой в течение двух недель. Прочность клея была достаточной для исключения расслоения модели в течение всего опыта. Общая высота моделей (15 штук) была меньше VA ее пролета. Породы использовались те же - известняк, горючий сланец и мрамор.
Результаты экспериментов показали, что для расчета неоднородных упруго-пластичных балок допустимо использование гипотезы плоских сечений, поскольку распределение деформаций вдоль поперечного сечения изгибаемого образца можно считать линейным (рис. 3.8). Происходящее по мере нагружения балки смещение ее нейтральной оси, вызванное различием у пород величин параметра д, как видно из рисунков, незначительно, и, поэтому, может не учитываться. Примеры диаграмм нагружения ряда моделей и их составляющих слоев, представлены на рис. 3.9, где буквами И, С и М обозначены слои известняка, сланца и мрамора, соответственно. При этом величина параметра аср, отражающего степень нелинейности диаграммы нагружения модели, близко совпадает со средневзвешенной по жесткости слоев величиной (3.10). Опыты показали, что слой породы в составе монолитной модели разрушается при тех же напряжениях и деформациях, что и одиночный. Измеренные величины разрушающих балку нагрузки и прогиба соотносились с расчетными (на рисунке они обозначены пунктиром). Для расчета несущей способности многослойной модели и ее предельного прогиба определялась несущая способность каждого ее слоя по формуле (3.33). Минимальная из найденных величин Мр=тт{м?}, (3.38) показывала, какой слой выходит из строя первым. Его жесткость исключалась из расчетов, определялось новое положение нейтральной оси модели, а расчет по формулам (3.33) и (3.38) повторялся, отмечая следующий ломающийся слой,
Эта часть опытов была посвящена определению прогиба нагруженной многослойной неоднородной балки в момент ее расслоения.
В предыдущем параграфе подчеркивалось, что если вести расчеты интересующих нас прогибов по величине предельной относительной деформации сдвига данного контакта, то от рассмотрения его напряженно-деформированного состояния и влияния на него крепи в первом приближении можно отказаться. В связи с этим использовалась простая схема нагружения -свободно опертая многослойная модель изгибалась сосредоточенной силой на середине пролета (рис. 2.8). Такая схема, в отличии от применявшейся выше, обеспечивает действие по всей длине балки перерезывающей силы, а значит, и сдвиговых деформаций на контакте слоев.
Основные расчетные положения
1) Исходными данными, необходимыми для расчета величины допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами, являются: а) условия проходки, охраны и поддержания; б) расчетная ширина, высота и глубина выработки; в) суммарная мощность заанкерованных слоев кровли; г) механические характеристики закрепленных слоев кровли и их контактов; д) срок службы выработки.
2) По условиям проходки, охраны и поддержания рассматриваются следующие выработки: - капитальные околоствольные и магистральные выработки, проводимые и поддерживаемые в ненарушенном очистными работами массиве за пределами зон опорного давления, шириной до 8 м; - пластовые подготовительные выработки, проводимые в массиве, а затем погашаемые за лавой, шириной до 8 м; - пластовые одиночные камеры шириной до 8 м.
3) Расчетные ширина (, м) и высота (D, м) выработки принимаются равными их максимальным фактическим величинам в проходке. Суммарная мощность закрепленных слоев кровли (/z(-, м) обуславливается длиной установленных анкеров, при этом параметры крепи должны быть определены согласно инструкции [57]. Заполнение шпуров скрепляющим составом - по всей длине.
4) Из необходимых для расчета физико-механических характеристик заанкерованных слоев, должны быть определены следующие: - мощность слоев (/?,-, м); - модуль деформации пород при условно мгновенном сжатии (Есі, МПа) и растяжении (ЕРі, МПа); - величина предельной деформации растяжения пород при условно-мгновенном изгибе єріпр; - параметр пластичности пород (а); - коэффициент Пуассона (и,); - коэффициент снижения во времени модуля деформации породы (у/Еі) , - коэффициент снижения во времени предельной деформации растяжения породы при изгибе (4/) Последние четыре параметра в случае невозможности их точного определения могут приниматься ориентировочно следующими: 151 для пород относительно прочных и упругих с прочностью при одноосном сжатии более 60 МПа (известняк, песчаник, доломит, и др.) д, = 0,9-1; щ = 0,2 - 0,3; y/Ei = 0,85 - 0,95; & = 0,75 - 0,85; для пород относительно слабых и неупругих с прочностью при одноосном сжатии менее 60 МПа (аргиллит, алевролит, мергель и др.) at = 0,8 0,9; ЦІ = 0,25 - 0,35; y/Ei = 0,75 - 0,85; & = 0,65 - 0,75. 5) Из необходимых для расчета физико-механических характеристик контактов закрепленных слоев, должны быть определены следующие: - положение контактов; - модуль деформации контактов при при условно-мгновенном сдвиге (Gy, МПа); - величина предельной деформации условно-мгновенного сдвига контактов (у/0; - параметр пластичности (dj); - коэффициент снижения во времени модуля деформации контакта при сдвиге (щ); - коэффициент снижения во времени предельной деформации сдвига контакта (fy).
Последние три параметра в случае невозможности их точного определения могут приниматься ориентировочно следующими: для контактов относительно прочных с коэффициентом сцепления более 1 МПа dj = 0,8 - 0,95; щ = 0,85 - 0,95; tyj = 0,75 - 0,85; для контактов относительно слабых с коэффициентом сцепления менее 1 МПа dj = 0,6 - 0,8; щ = 0,75 - 0,85; fy = 0,65 - 0,75. 6) Из необходимых для расчета физико-механических характеристик пласта полезного ископаемого, должны быть определены следующие: - мощность пласта (тпи, м); - модуль деформации пласта при сжатии поперек слоистости (Епи, МПа); 152 - коэффициент Пуассона («„„); - коэффициент снижения во времени модуля деформации пласта полезного ископаемого при сжатии ( „„). Последние два параметра в случае невозможности их точного определения могут приниматься ориентировочно следующими: для относительно прочного полезного ископаемого с прочностью при одноосном сжатии более 15 МПа finu = 0,25 - 0,3; у/ЕПи = 0,8 - 0,9; для относительно слабого полезного ископаемого с прочностью при одноосном сжатии менее 15 МПа цпи = 0,3 - 0,35; ц/Епи= 0,65 - 0,8.
7) Указанные в п. 4 - 6 значения параметров у/ и являются предельными и применяются для расчета смещений в выработках со сроком службы более 1 года. Для расчета смещений в выработках с меньшим сроком службы величину этих параметров увеличивают на 10 %.
8) Сущность метода расчета допустимого прогиба заанкерованной пачки кровли заключается в нахождении прогиба того ее слоя или контакта, после разрушения которых происходит обрушение всей пачки. Последовательность выхода из строя каждого ее слоя и контакта определяется при помощи сравнения величин фиктивных разрушающих нагрузок. Расчеты носят циклический характер.
9) Рисуется выработка и схема строения ее непосредственной кровли: в пределах длины установленных анкеров слои пород нумеруются снизу вверх, им присваиваются номера / = 1,2,3,..., т; контактам этих слоев присваиваются номера, соответственно, j = 1-2,2-3,3-4, и т. д. (рис. 4.7).
Похожие диссертации на Прогноз допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной анкерами
