Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов управления состоянием горного массива, вмещающего подготовительную выработку
1.1. Влияние способов проведения горных выработок на состояние горного массива 9
1.2. Оценка давления на крепь и смещений горного массива 11
1.3. Учет реологических свойств пород 21
1.4. Учет различных очертаний породного контура выработки 24
1.5. Постановка задач исследований 27
2. Определение напряженю-деформироваиного состояния системы "Порода-Крепь" 31
2.1. Расчетная схема определения давлений на крепьпо измеренным смещениям контура . 31
2.2. Метод вычисления ядер податливости . 45
2.3. Решение системы уравнений для определения нагрузок на крепь 54
2.4. Регуляризация решения основной системы 54
2.5. Метод выделения постоянной составляющей давления на крепь 69
2.6. Построение эпюр нагрузок на крепь и определение напряжений в крепи 76
2.7. Учет временного фактора при решении задачи 78
3. Рациональные параметры крепи горных выработок 81
3.1. Анализ закономерностей изменения внутренних уси лий в крепи . 81
3.2. Критерий выбора крепи облегченного типа 96
4. Промышленная проверка рациональных параметров крепи горных выработок 100
4.1. Реализация метода расчета на шахте им. А.А. Скочинского 100
4.2. Реализация метода расчета на шахте им.XXV съезда КПСС 103
Заключение 106
Список использованных источников 108
Приложение
- Оценка давления на крепь и смещений горного массива
- Метод вычисления ядер податливости
- Критерий выбора крепи облегченного типа
- Реализация метода расчета на шахте им.XXV съезда КПСС
Введение к работе
Актуальность работы. "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 г.г. и на период до 1990 года" предусмотрен рост добычи угля до 770-800 млн.т. в год. Такое увеличение объемов связано с вовлечением в эксплуатацию новых месторождений, как правило, на больших глубинах.
Опыт добычи полезных ископаемых показывает,что с увеличением глубины разработки условия работы крепи горных выработок резко ухудшаются. Возрастают запасы энергии горного массива,- приводящие к обрушению пород и увеличению деформации породного контура выработки, а следовательно, давления на крепь. На глубине 1000 м и более в слабых и средней крепости породах жесткие крепи не в состоянии противостоять силам горного давления, и,как пра« вило, деформируются и разрушаются,
В дальнейшем глубина горных работ будет увеличиваться,условия работы крепи подготовительных выработок будут ухудшаться, а-вопрос выбора типа крепи становиться все более сложным.
Большинство существующих методов расчета крепей подготови -тельных выработок шахт базируется на заданных напряжениях, поддающихся лишь косвенным измерениям. Для учета основных свойств вмещающих пород в качестве граничных условий задачи следует задавать экспериментальные смещения, автоматически включающие в себя учет свойств горного массива.
До настоящего времени расчет крепи по заданным смещениям удавалось осуществить только для некоторых специальных случаев, когда крепь могла имитироваться стержневым многоугольником с небольшим числом сторон или сплошным кольцом постоянной толщины, сцепленным с вмещающими породами.
Поэтому диссертационная работа, в которой представлен метод расчета крепи по заданным смещениям, является актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с направлением исследований, проводимых в Институте геотехнической механики АН УССР по Постановлению ГКНТ СССР № 415 от І8.ІІ.І976 г. и по Постановлению ГКНТ СССР, Госплана СССР и Академии наук от 12,12. 1980 г. № 475/25І/ІЗІ.
Целью работы является определение рациональных параметров крепи подготовительных выработок для улучшения условий их поддержания;
Идея работы состоит в учете произвольности очертания, неравномерности толщины и неоднородности материала крепи при определении зависимости между нагрузками на крепь и смещениями ее контура.
Новые научные положения, защищаемые в диссертации и разработанные лично соискателем
Впервые получены зависимости между нагрузками на крепь и смещениями ее контура с учетом произвольности формы выработки, неравномерности толщины крепи и неоднородности ее материала,позволяющие разработать метод расчета системы "порода-крепь" по заданным смещениям.
Установлено,что в своде и стенках незамкнутой крепи напряжения в 5 раз больше, чем в элементах такой же крепи, но с обратным сводом. Это позволяет сделать вывод о том,что обратный свод не только препятствует смещениям почвы, но и перераспределяет нагрузку в стенках и своде крепи.
Уста новлєно,что путем изменения толщины по контуру можно добиться более равномерной работы материала крепи и уменьшить напряжения. Это позволяет сделать вывод о возможности создания крепей равного сопротивления. *
Обоснованность и достоверность научных положений. Научные по-ложения, выводы и рекомендации установлены в результате аналитических исследований, выполненных апробированными методами теории упругости и ползучести. Расчеты, основанные на методах вычислительной геометрии, проверялись сравнением с частными случаями, для которых известны точные аналитические решения. Возведенная на шахте им. А.А.Скочинского и на шахте им.ХХУ съезда КПСС крепь с расчетными параметрами находится в эксплуатационном состоянии более трех лет.
Значение работы. Результаты исследований позволяют рассчи*-тать напряженное состояние крепи произвольной формы, замкнутой и незамкнутой, неравномерной толщины по контуру, с изменяющимися свойствами материала крепи в пространстве и во времени для конкретных горно-геологических условий.
Разработан метод расчета и программа для ЭВМ, позволяющая полностью автоматизировать расчет крепи. Результаты расчета дают возможность определить рациональные параметры крепи, позволяющие улучшить условия поддержания выработок.
Разработан критерій выбора крепи облегченного типа.
Разработанный метод расчета, программу для ЭВМ и критерий выбора крепи облегченного типа рекомендуется использовать научными и проектными организациями при проектировании крепей горных выработок.
Реализация работы. Разработанный критерий выбора крепей облегченного типа включен во "Временную инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" ( раздел I, пункт 7.Ї.5, стр.153 ), ут« вервденную в 1983 году Минуглепромом СССР и согласованную с ВЦСПС. Разработанные рекомендации внедрены на шахте им.А.А.Ско-чинского ПО "Донецкуголь" и на шахте им.ХХУ съезда КПСС ПО "Макеевуголь".
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на УП Всесоюзной конференции по механике горных пород ( Днепропетровск,1981 г. ),; на совместном заседании секции подземной разработки угля и сланца научно-технического Совета Министерства угольной промышленности СССР, научного Совета по проблеме "Новые процессы и способы производства работ в горном деле", Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике, Центрального правления НТО горное ( Люберцы, 1982 г* ), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблема внезапных выбросов угля, породы и газа" ( Макеевка,1983 г.), на семинарах лаборатории горного давления Института горного дела им. А.А.Скочинского ( Люберцы,1983 г.), отдела управления дина-мическими проявлениями горного давления совместно с советом по проблеме "Разработка научных основ механики горных пород и внезапных выбросов угля, породы и газа" Института геотехнической механики АН УССР ( Днепропетровск,1984 г. ), на научном семинаре отделения управления состоянием горного массива ЙГД им.А.А. Скочинского ( Люберцы,1984 г.), на объединенном научном семинаре иГТМ АН УССР ( Днепропетровск,1984 г.).
Публикации» По результатам исследования опубликовано б печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа содержит 97 страниц машинописного текста и состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 23 иллюстрации, список использованной литературы из III наименований.
Теоретическая часть работы выполнена в лаборатории горного давления Института горного дела им. А.А.Скочинского и в отделе управления динамическими проявлениями горного давления Института геотехнической механики АН УССР.
Рекомендации по выбору крепи облегченного типа и экспериментальная часть работы выполнены под научным руководством доктора технических наук, профессора А.Н.Зорина.
Оценка давления на крепь и смещений горного массива
Наиболее важные результаты, выведенные при наделении горное го массива свойствами идеально упругой среды, получены С.Г.Лех ницким / 42 /, А.Н.Динником / 43 /, Г.Н.Савишм / 23 /I
Однако многообразие горногеологических и горнотехнических условий эксплуатации выработок и связанного с ним механизма взаимодействия породы и крепи обусловило появление различных гипотез горного давления / 22 / Известна гипотеза свода М.МЛІротодьяко-нова, В.Риттера, Ф.Энгессера, Р.Нвапила, П.М.Цимбаревича и др. и гипотеза сползания кровли А.Бирбаумера, М.ПЇБродского, В. йі Бе-лова, К.Терцаги и др. Подробно анализ этих гипотез изложен в обзоре книги Ю.З,. Заславского, А.Н.Зорина, Й.Л.Черняка / 22 /.Оущность гипотезы свода заключается в следующем. После про -хождения выработки в кровле образуется свод естественного равновесия Находящиеся в своде разрушенные породы своим весом оказывают давление на крепь. Форма свода естественного равновесия принималась различной.
Методы, базирующиеся на гипотезе сползания пород кровли,так-же сводятся к определению давления разрушенных пород на крепь. В основу этой гипотезы положено предположение,что в слабых породах кровли возможно смещение по плоскостям, наклоненным под некоторым углом к горизонту. Нагрузки на крепь определяются как разность силы веса сползающего столба породы и возникающих при этом сил трения / 22 /.
По мнению Ю. М.Либермана / 16 / известные методы расчета давления на крепь капитальных выработок можно подразделить на две группы:1) величины давления на крепь находятся путем решения кон -тактной задачи о совместном деформировании крепи и вмещающих пород ( методы расчета по заданным деформациям ) ;2) эти величины определяются весом отделившегося от основного массива объема пород ( методы расчета по заданным нагрузкам). Учет податливости крепи для круглых выработок произвел Г.Н.Савин. Он впервые использовал условие совместности перемещений крепи и вмещающих пород / 23 / и рассмотрел крепи двух видов: допускающие проскальзывание по стенкам выработки, а следовательно,требующие совместимости только радиальных перемещений и крепей»сцепленных с породой ( монолитных бетонных, набрызг бетонных)» предполагающих совместность двух составляющих перемещений.
В работе Г. Н.Савина четко показано взаимодействие породы и крепи. Можно считать, что Г.Н.Савин впервые высказал идею управления системой "порода-крепь"іИ.В.Родин / 24 / указал на то,что величина смещения контура, вычисленная по так называемым "остающимся1 напряжениям, действующим в массиве после проведения, включает в себя составляющую,воз-никшую еще до проведения выработки. Поэтому в условии совмест -ности нужно учитывать только ту составляющую смещений, которая обусловлена напряжениями, вызванными проведением выработки.
Методика И.В.Родина позволяет решить любую задачу о совместной работе массива и крепи, однако соотношений для нахождения коэффициентов податливости И.В,Родин не дает.К.В.Руппенейт / 27 / при определении параметров крепи учитывает сцепление пород, а величину зоны предельных деформаций и давления на крепь устанавливает в зависимости от деформаций на контуре выработок, обусловленной упругими перемещениями на границе упругой и неупругой зон.
Ю.М.Либерман / 16 /, руководствуясь расчетной схемой К.В.Руп-пенейта, решил задачу определения оптимальной жесткости крепи,-считая точку пересечения кривой горного давления" и "кривой обрушения" оптимальной характеристикой крепи. В работе предполагается, что горный массив внутри зоны неупругих деформаций не имеет прочности на растяжение. Ю.М.Либерман рассматривает работу крепи, учитывав ее взаимодействие с вмещающими породами;
Н.Н.Фотиевой решен целый ряд задач / 85,86,87,88,89,90 / о напряженно-деформированном состоянии обделки туннелей с различным очертанием контура при различных нагрузках: статических и динамических, внешних и внутренних. Применяется прием конформного отображения кругового кольца на замкнутую крепь ( обделку), близкую к заданной» Это позволяет полностью получить решение задачи практически для любой формы замкнутой обделки постоянной толщины при условии,что начальный зазор между породой и крепью отсутствует, а обделка полностью сцеплена с породой Взаимодействие системы "порода-крепь" описывается в работе И.А.Юрченко / 28 /, в которой приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, по совместной работе крепи и породы - в подготовительных выработках.
Показано, что в области неупругих деформаций выделяются Ч зоны: активных смещений, обрушения, опорного давления, пучения.Ю.3.3аславский и Г.Т.Литвинеким / 29 / с привлечением теории размерностей разработан способ расчета максимальных сжимающих и растягивающих напряжений в круглой крепи, учитывающий отпор пород; Булычев Н.С., Оловянный А.Г. / 30 / рассматривают крепь кругового сечения при неравномерных радиальных нагрузках. Однако, методы расчета, изложенные в этих работах, не позволяют рассматривать крепи очертания отличного от кругового, которые в конечном счете редко закладываются в проекты шахт.
Взаимодействием крепи и боковых пород в подготовительных вы«« работках занимались В.Т.Глушко и др. / 35 /. Показано,что пустоты в закрепном пространстве выработок вызывают резкое увеличе» ние размеров зоны нарушенных пород,что приводит к частым пере» креплениям. В зоне нарушенных пород и забутовки происходит одновременно разрушение пород массива, сопровождающееся их разру шением ( рыхлением ), и уплотнение уже разрушенных пород. В зависимости от конкретных горногеологических условий один из этих процессов может преобладать.
В.БІЗелинским / 34 / предложен алгоритм расчета металлической арочной крепи произвольного очертания с учетом упруго-пластических деформаций ее элементов и геометрической нелинейности Также учитывается отпор породы. Алгоритм пригоден для любой схемы наг-ружения крепи в том числе и для сосредоточенных нагрузок.
Авторами указывается, что значительную роль в определении сме«» щений породного контура, а, следовательно, и нагрузок на крепь, играют такие свойства вмещающих пород как анизотропия, физико-механические свойства, неоднородность, трещиноватость, нарушен-ность массива. Таким образом, в работах / 34,35/ высказывается мысль о взаимодействии породы с крепью. Однако, ничего не оказа но о таком важном аспекте управления этой системой как разностен-ность конструкции крепи.
М.И.Весковым / 46 / разработан метод определения несущей способности и податливости крепи горных выработок,пройденных в струк » турно нарушенных горных породах.
АЛ.Максимов, Н.ЩНемчин, С.Н.Рева, А.Б Бабич / 47 / с учетом схемы преобразования паспорта прочности пород,предложенной Ю.М. Либерманом, и разрыхлением массива вокруг горной выработки решили задачу о несущей способности и жесткости крепи;
Недостатком вышеописанных методик расчета является отсутствие в задачах о расчете крепи учета неравномерной толщины обделки - важного параметра при проектировании рациональных крепей?
Б.З.Амусиным / 75 / решена задача о взаимодействии крепи подземных выработок с массивом,метод решения которой включает в себя методы строительной механики стержневых систем и метод конечных элементов, что позволяет учесть неоднородность и вязко-упру
Метод вычисления ядер податливости
Рассмотрим процесс вычисления малых, больших ядер податливости и ядер поворота; Как было указано выше ядра податливости определяются через плечи нагрузок, приложенных к крепи, углы компонент нагрузки с тангенциальным и нормальными направлениями в точках контура крепи, модуль упругости, модуль сдвига ма-териала., и переменные момент инерции и площадь сечения вследствие неравномерной толщины крепи/І08/.
Обратимся к рисунку 2.2. Обозначим плечи нормальных к кон туру нагрузок „ (t S ) и касательных vt {,S ). Условимся считать,что первая буква в скобках обозначает точку приложения нагрузки, а вторая рассматриваемое сечение.
Обозначим углы между компонентами нагрузок, приложенных к контуру крепи в некоторой точке с нормалью и касательной проведенной в точке S через d-jjCfjS ). Буква L обоз -начает направление нагрузки р ( f ), буква \ направление в точке $ контура крепив Первая буква в скобках обозначает точку приложения нагрузки, вторая - рассматриваемое сечение. Для вычисления плеч разобъем контур сечения выработки дли ной SK точками на ( h - I ) равные отрезки длиной &t ( рис. 2.3 ). Причем если крепь замкнутая, то точка I и ft бу дут совпадать. Для построения в точках I и П плеч нагрузки и углов JLLJ кроме реальных точек контура крепи нам понадобят ся еще две так называемые "мнимые"точки. Для незамкнутого конту ра их необходимо построить: каждая будет находиться на касатель ных, проведенных к контуру крепи в крайних точках и отстоять от этих точек на расстоянии Af "Мнимые" точки замкнутой крепи находятся на контуре и совпадают с точками 2 и h - I. Назо вем их "О" и "h + I. Обратимся к рис. 2.3. В каждой «-ft точке контура крепи с координатами ( OQ,t)U ) проведем нормаль к контуру сечения выработки и найдем расстояние от произвольной точки S до нормали к контуру, проведенной в произвольной точке контура с координатами (3?tj t)» Для этого к прямой, проходящей через две соседние к точки ( -1 ) и,( + I ) проведем перпендикуляре Уравнение прямой, проходящей через Нормаль к контуру сечения в точке является прямой перпен дикулярной прямой ( 2;30 )І Известно,ЧТО необходимым и достаточ ным условием перпендикулярности прямых заключается в том,что произведение их угловых коэффициентов равно I. Поскольку угловой коэффициент прямой ( 2.30 ) равен [;-{/ » У -- » то угловой коэффициент нормали будет/Kh=- — Уравнение прямой, проходящей через точку {dt)4t ) и имею щей направление с угловым коэффициентом fs имеет вид Т.КІІ точка лежит на этой прямой и должна удовлетворять это му уравнению. Иначе уравнение нормали запишется; или точки S (Я?8/(У& ) ДО прямой С 2.33 ; Покажем как определяется расстояние от точки до прямой / НО Л Тогда согласно ( 2.34 ) Заметим, что при т.к. мы рассматри ваем криволинейный стержень, закрепленный левым концом и будем рассматривать сечения, заменяя левую часть стержня внутренними усилиями. Поэтому, ситуация, при которой точка приложения наг jLfth( ;S ) - косинус угла между положительными направлениями нормалей в точках и S контура крепив ai if ;5) - косинус угла между положительными направлениями нормали к контуру в точке и касательной к контуру в точке S f Запишем уравнение нормали к контуру крепи в точке Направление прямой ( 2.40 ) совпадает с направлением векто-ра А с координатами Направление прямой ( 2.42 ) совпадает с направлением вектора Уравнение касательной к контуру крепи в точке ( S ) совпадает с направлением вектора Искомая функция (Л]$} есть косинус угла между прямыми ( 2.40 ) и ( 2.42 ) или между векторами А и В. Известно, что скалярным произведением векторов называется число, равное произведению модулей этих векторов на кооинус угла между ними Известно, что скалярное произведение векторов есть сумма произведений соответствующих координат, а модуль вектора это корень квадратный из суммы квадратов координат. Поэтому Аналогично O Cf ; S ) есть косинус угла между векторами А и С
Критерий выбора крепи облегченного типа
Таким образом, с целью оценки напряженно-деформированного состояния крепи капитальных выработок, а также для описания взаимодействия системы "порода-крепь" решена задача определения давления на крепь и напряжений в крепи В приведенном выше решении учитываются упругие и неупругие свойства материала крепи - модель упругости, реологические свойства, а в случае бетонной крепи - старение бетона, упругие и неупругие свойства вмещающих пород путем введения смещений контура выработки в виде функции, зависящей от времени .
Разработанный метод позволяет рассчитывать крепи произвольной формы, с неравномерной толщиной, меняющейся вдоль контура выработки, и учитывать неоднородность материала крепи.
Приведенный алгоритм позволяет решить и обратную задачу, когда по известному давлению на крепь можно определить смещения контура обделки, поддерживающей вмещающие породы.
Граничные условия задачи, заданные в виде смещения контура выработки, наиболее полно отражают реальные свойства и поведение вмещающих пород такие как разрушение по поверхностям ослаблениям, релаксацию напряжений и ползучесть, выветривание и старение пород, влияние тектонических гравитационных сил и очистных выработок, то есть все те свойства, которые трудно учесть теоретически.
Смещения позволяют учесть такие факторы как глубину разработки и способ проведения выработки. Смещение контура-величина, доступная непосредственному измерению и поэтому является наи -более достоверной характеристикой о поведении вмещающих пород. Кроме того, многолетние наблюдения за смещениями горных пород привели к формированию устойчивых качественных представлений об их проявлениях.
Для решения задачи использован графо-аналитический метод,в основе которого лежит использование предложенных ядер податливости, зависящих от свойств крепи и позволяющих записать интегральные уравнения, связывающие смещения контура выработки с давлением на крепь.
Контур выработки задается координатами точек контура с шагом, величина которого устанавливается эмпирически. На базе этого строится весь ход решения. Численно задаются граничные условия функция смещений по контуру выработки. Реализация решения происходит путем перехода системы интегральных уравнений к системе алгебраических уравнений, вид которой меняется в зависимости от граничных условий задачи, обусловленных смещениями контура выработки и условиями закрепления крепи. Вычисляются плечи и углы нагрузки, большие и малые ядра податливости, ядра поворота.
Разработан алгоритм, составлена и отлажена программа для реализации метода на ЭВМ типа ЕС.Проведенные численные расчеты показали,что тип крепи наиболее значительно определяется смещениями породного контура выработки, напряженным состоянием пород вокруг выработки,свойствами вмещающих пород и формой выработки Практически устойчивость породных обнажений чаще всего оценивается качественно проектировщиками или производственниками, поскольку многочисленные аналитические исследования, проведенные в этом направлении не всегда возможно использовать при проектировании крепи подготовительных выработок ввиду трудности их реализации; Неизбежные в таких случаях упрощения приводят к тому,что результат решения мало соответствует реальности.
Ю.З.Заславским, А.Н.Зориным и И.Л.Черняком / 22 / на основании результатов исследований проявления горного давления в выработках глубоких шахт для оценки устойчивости выработки был предложен параметр jffi- ( Jf - объемный вес пород ,-jj$ ; Н -глу-бина залегания, м j fc - предел прочности пород на одноос « ное сжатие, \ ) для использования в инженерных расчетах.
Однако, критерий -Ш- недостаточно полно отражает влияние факторов, обусловливающих устойчивость выработки, не учитывая такие параметры как размеры выработки и напряженное состояние вмещающих пород.
В результате изложенного в данной работе решения задачи об определении давления на крепь по заданным смещениям и на основании результатов численных расчетов, полученных от реализации разработанного метода, предложен упрощенный критерий дифференциро -ванного подхода к выбору типа крепи, который формулируется следующим образом.
При комбайновом способе проведения горных выработок в выбро-соопасных породах, характеризующихся величиной смещения породного контура выработки менее 0,05 м и отношениемс анкерами, анкеры или металлическую арочную крепь с сетчатой или рулонной затяжкой.
Приведенный критерий включен в выпущенную в 1983 году Мин-углепромом СССР "Временную инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля,породы и газа", раздел 7, пункт 7.1.5, стр.153. "Временная инструкция ..." является Приложением к разделу 5 главы П "Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах", нормативным документом и предназначена для работников шахт, производственных объединений ( комбинатов ).( Приложение 2 ).
Реализация метода расчета на шахте им.XXV съезда КПСС
Для возведения крепи использовалась машина БМ-68У, разработанная ЦНЙИподземмашем и предназначенная для возведения монолитной бетонной крепи методом набрызга и укладки бетона за опалубку в горизонтальных горных выработках безопасных по газу и пыли / 105 /. Для проведения работ по возведению крепи машина была приведена в искробезопасное исполнение путем замены электрического двигателя на пневмодвигатель.
Поскольку на экспериментальном участке имели место обрушения пород кровли, в некоторых местах происходили вывалы,были применены элементы усиления набрызг-бетонной крепи. Временной крепью служила металлическая арочная податливая крепь АКП-3 из спецпрофиля СВП-27 в сочетании с сетчатой затяжкой с ячейками сетки 25 х 25; Постоянным креплением служит набрызг-бетон толщиной до 30 мм в сочетании с временной крепью.
Для крепления выработок методом набрызга применялись составы набрызг-бетонной смеси, разработанные Днепропетровским горным институтом, В качестве заполнителя использовались доменные гранулированные шлаки Донецкого металлургического завода,позволяющие получить за счет эффекта уплотнения достаточно прочныйнабрызг-шлакобетон.
В качестве вяжущего использовался портландцемент марки М400.Применялись составы следующих весовых соотношений: I : 2,5 ( Ц : Г.Ш ), I : 3 ( Ц : Г.Ш ) с В/Ц » 0,6 - 0,7.
Это позволило при нанесении набрызг-бетонной смеси получить минимальные материальные потери при "отскоке" ( 5- 7% ) Прибором Вольфа измерялись прочностные характеристики набрызг бетонного покрытия непосредственно в монолите крепи. Прочность набрызг-бетона на сжатие на экспериментальном участке крепи составила 35,0 - 37,0 МПа.
По данным исследования, проведенного " совмест но с работниками треста "Донецкшахтострой" и ШСУ № б состояние выработки, закрепленной набрызг-бетоном, удовлетворительное: разрывов, трещин, раковин, местных вздутий и других нарушений сплошности набрызг-бетонного покрытия не ИМЄЄТСЯІ
Полученные результаты свидетельствуют о рациональности и перспективности применения облегченной крепи в описанных горногеологических условиях.
На шахте им. ХХУ партсъезда на глубине 677 м комбайном роторного типа ( KPT ) проведен первый западный полевой откаточный штрек. Вмещающие породы расположены в разгруженной зоне под выработанным пространством на расстоянии около 40 м от пласта ипредставлены песчаниками крепостью 70-80 МПа.рПлощадь сечения Юм.
В качестве постоянной крепи выработки проектом предусматривалась металлическая арочная крепь АП-3 с увеличенным расстоянием между рамами равным I м. Междурамное пространство предполагалось затягивать железобетонной затяжкой.
Натурные наблюдения показали,что смещения контура выработки колеблются от 0,05 м до 0,2 м, а горногеологические условия таковы, что отношение k#4/F 0,34-0,38
Методом, изложенным в главе 2, были проведены численные расчеты ( рис. 4.2 ).На основании этого институтом геотехнической механики АН УССР были разработаны и переданы шахте им. ХХУ съезда рекомендации по поддержанию выработок, пройденных комбайном в прочных породах.
Согласно рекомендациям участка первого западного полевого откаточного штрека общей длиной 300 м были закреплены металлической арочной податливой крепью АП-3 из спецпрофиля СВП-27 с шагом I м. Затяжка сетчатая или рулонная.
Состояние крепи удовлетворительное. Экономический эффект отприменения сетчатой затяжки составил 39 руб./ п.м., рулон ной затяжки 49 руб./п.м.
Внедрение облегченной крепи позволило получить фактический экономический эффект II28I руб. ( Приложение 4 ).
В диссертации изложено новое решение актуальной научно-тех-нической задачи, заключающейся в выборе рациональных параметров крепи подготовительных выработок на основе расчета крепи по заданным смещениям с учетом произвольности формы выработки, неравномерности толщины и неоднородности материала крепи.
Основные научные выводы, полученные в диссертации, и практические рекомендации базируются на результатах теоретических и экспериментальных исследований и сводятся к следующему:1. В связи с тем,что деформирование крепей вызывается смещениями породного контура выработки, поддающимисянепосредственному измерению, расчет крепи необходимо проводить по заданным смещениям.2. Расчет по заданным смещениям целесообразно осуществлять при помощи ядер податливости, связывающих действующие на крепь силовые факторы и ее смещения. Ядра податливости определяются численным методом с использованием ЭВМ.3. Метод учитывает переменность толщины крепи, возможную неоднородность ее материала и пригоден для крепей любой конфигурации с произвольным закреплением концов.4. Для реализации метода расчета разработана программа на ортране-ІУ в среде ДОС ЕС ЭВМ.5. Результаты расчетов напряженного состояния крепей,проведенные по обобщенным экспериментальным данным, позволили установить следующие закономерности, имеющие практическое значение:с увеличением толщины крепи напряжения в сечении уменьшаются, однако, изгибакщие моменты и продольные усилия в более тонких крепях меньше, поэтому для упрочнения крепи следует не увеличивать ее толщину, а применять более прочные и податливые материа лы ; обратный свод не только препятствует смещениям почвы, но и приводит к перераспределению, снижающему величину нагрузки в своде и стенках крепи.б. Доказана возможность создания крепи равного сопротивления с переменной толщиной стенки. Характер изменения толщины крепи зависит от формы выработки и ожидаемой неравномерности конвергенции контура.7 Рекомендованный критерий выбора крепи облегченного типа включен во "Временную инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" ( раздел 7, пункт 7.1.5, стр. 153 ), утвержденную Минугле промом СССР и ВЦСПС.8. Разработанные на основе результатов работы рекомендации по креплению капитальных выработок, пройденных комбайнами использованы на шахте им. А.А.Скочинского и на шахте им.ХХУ съезда КПСС.Крепь выработок находится в эксплуатационном состоянии, реальный экономический эффект составляет 49 руб./ п.м.
Похожие диссертации на Расчет напряженного состояния крепи горных выработок в режиме заданных смещений контура с целью определения ее несущей способности
