Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 11
1.1 Горно-геологические и горнотехнические условия проведения, крепления и охраны выемочных выработок на шахтах Российского Донбасса 15
1.2 Закономерности проявлений горного давления и анализ основных методов и требований к выбору параметров охранных конструкций на пластах с труднообрушающейся кровлей 18
1.3 Анализ основных охранных конструкций для бесцеликовой охраны подготовительных выработок на угольных шахтах 25
1.4 Выводы, идея, цель и задачи исследований 38
2. Общая методика выполнения работы, условия и методика проведения шахтных и стендовых исследований эффективности работы охранных конструкций в виде тумб из железобетонных и деревянно-бетонных блоков 41
2.1 Общая методика выполнения работы 41
2.2 Условия и методика шахтных исследований эффективности работы охранных конструкций в виде тумб из блоков 43
2.3 Методика исследования контактных взаимодействий и неравномерности нагружения тумб из блоков БЖБТ 48
2.4 Методика стендовых исследований влияния конструктивных характеристик блоков БДБ на деформационно-силовые характеристики сложенных из них тумб 55
Выводы 57
3. Исследования влияния контактных взаимодействий и различны хпрокладок между блоками на деформационно-силовые характеристики тумб из железобетонных блоков 59
3.1 Исследование контактных взаимодействий при нагружениифпоков БЖБТ, установленных без прокладок 59
3.2 Деформационно-силовые характеристики тумб из блоков БЖБТ с различными прокладками между блоками, уменьшающими контактные взаимодействия 72
Выводы 81
4. Стендовые исследования влияния конструктивных особенностей деревянно-бетонных блоков на деформационно-силовые характеристики охранных тумб и разработка усовершенствованных конструкций блоков 84
4.1 Влияние параметров деревянных стоек на характеристики тумб из блоков БДБ 85
4.2 Влияние прочности металлической обоймы на характеристики тумб из блоков БДБ 91
4.3 Влияние прочности твердеющего раствора на характеристики тумб из блоков БДБ 93
4.4 Влияние высоты тумб БДБ на их деформационно-силовые характеристики 95
4.5 Основные технические требования к характеристикам тумб и конструкции усовершенствованных блоков БДБ 98
Выводы , 103
5. Разработка типовых паспортов охраны повторно используемых выработок и оценка эффективности применения тумб из усовершенствованных блоков БДБ и БЖБТ в выемочных штреках на шахтах Российского Донбасса 106
5.1 Рекомендуемые типовые паспорта крепления и охраны повторно используемых подготовительных выработок тумбами из блоков БДБ и БЖБТ и область их применения 106
5.2. Результаты исследований проявлений горного давления при бесцеликовой охране конвейерного штрека № 245 шахты «Западная-Капитальная» ОАО «Ростовуголь» тумбами из блоков БЖБТ 113
5.3. Результаты исследования проявлений горного давления при бесцеликовой охране конвейерного штрека № 245 тумбами из усовершенствованных блоков БДБ 123
5.4. Анализ преимуществ и недостатков охранных конструкций из усовершенствованных блоков БДБ 131
5.5. Технико-экономическая эффективность применения типового паспорта крепления и охранных тумб из усовершенствованных блоков БДБ в конвейерном штреке № 245 шахты «Западная - Капитальная» 134
Выводы 138
Заключение 140
Приложение 1. Горно-геологические и горнотехнические условия содержания повторно используемых подготовительных выработок на шахтах российского Донбасса 152
- Закономерности проявлений горного давления и анализ основных методов и требований к выбору параметров охранных конструкций на пластах с труднообрушающейся кровлей
- Методика исследования контактных взаимодействий и неравномерности нагружения тумб из блоков БЖБТ
- Деформационно-силовые характеристики тумб из блоков БЖБТ с различными прокладками между блоками, уменьшающими контактные взаимодействия
- Влияние прочности твердеющего раствора на характеристики тумб из блоков БДБ
Введение к работе
* Актуальность работы. Обеспечение устойчивости выработок вы- емочных участков является одной из основных проблем подземной разработки угольных пластов, без решения которой невозможно обеспечение безопасности горных работ и повышение технико-экономической эффективности эксплуатации угольных шахт.
Современным требованиям экономически эффективной и безопасной угледобычи на шахтах Российской Федерации, отрабатывающих пологие угольные пласты мощностью 0,85-1,9 м с крепкими вмещающими породами, отвечает технология крепления выемочных выработок анкерной крепью и бесцеликовое их поддержание для повторного использования с помощью искусственных охранных конструкций (опор).
В результате большого объема научных исследований, выполненных в Российской Федерации и за рубежом, разработаны искусственные огражде ния для бесцеликовой охраны подготовительных выработок на выемочных участках, обоснованы теоретически и экспериментально их параметры. Вме- 4 t сте с тем, практика применения на шахтах Российского Донбасса сущест- вующих видов охранных конструкций (деревянных органных рядов и кустов, бутокостров, тумб из железобетонных и деревянно-бетонных блоков, литых полос) с параметрами, соответствующими требованиям нормативных документов, показала их недостаточную эффективность и безопасность применения. В частности, наиболее перспективные существующие охранные опоры в виде тумб из железобетонных (БЖБТ) и деревянно-бетонных блоков (БДБ) имеют излишнюю податливость, а также недостаточную несущую способность.
Неудовлетворительное состояние штреков вызывает необходимость выполнения в них трудоемких и дорогостоящих ремонтных работ, что приводит к резкому снижению нагрузок на очистные забои, ухудшает условия проветривания и снижает безопасность ведения горных работ. Такое положение объясняется, главным образом, несоответствием применяемых средств охраны повторно используемых выемочных выработок характеру развития геомеханических процессов в типичных горно-геологических и горнотехнических условиях на пологих пластах мощность 0,85-1,9 м с крепкими вмещающими породами.
Поэтому определение причин неудовлетворительной работы охранных конструкций в виде тумб из блоков, разработка и проверка в стендовых и шахтных условиях их усовершенствованных модификаций, имеющих силовые и деформационные характеристики, отвечающие величине и характеру проявлений горного давления на пластах со средне- и труднообрушающими-ся кровлями, обоснование и разработка эффективных типовых паспортов анкерного крепления и охраны повторно используемых выработок тумбами из железобетонных и деревянно-бетонных блоков, является актуальной научно-технической задачей.
Целью диссертационной работы является научное обоснование оптимальных параметров и конструкции искусственных опор в виде тумб из железобетонных и деревянно-бетонных блоков с улучшенными механическими характеристиками и проверка эффективности их применения для охраны выемочных выработок на пологих пластах мощностью 0,85-1,9 м со средне- и труднообрушающимися породами кровли.
Идея работы заключается в том, что применение усовершенствованных тумб из железобетонных и деревянно-бетонных блоков, имеющих оптимизированные силовые и деформационные характеристики, отвечающие величине и характеру проявлений горного давления в зоне активного влияния очистных работ на пластах с труднообрушающимися кровлями, позволит обеспечить эффективное и безопасное поддержание повторно используемых подготовительных выработок.
Метод исследований - комплексный, включающий: анализ и обобщение фактического материала и данных научно-технической литературы в об-
7 ласти охраны выемочных выработок; методы математической статистики; шахтные инструментальные наблюдения и измерения; разработку и стендовые испытания усовершенствованных конструкций блоков для охраны выемочных выработок, проверку их работоспособности в шахтных условиях и установление технико-экономической эффективности использования.
Научные положения, выносимые на защиту:
При условии уменьшения податливости и повышения несущей способности наиболее эффективными охранными опорами для бесцеликовой охраны выработок на пологих пластах мощностью 0,85-1,9 м со средне- и труднообрушающимися кровлями являются тумбы из железобетонных и деревянно-бетонных блоков.
Несущая способность и податливость тумб из выпускаемых в настоящее время железобетонных блоков в решающей степени определяются условиями на контактах между блоками, а также между блоками и боковыми породами. При регулировании условий контактактирования между блоками за счет применения демпфирующих прокладок можно значительно повысить несущую способность и уменьшить податливость данной охранной конструкции.
Существует взаимосвязь между несущей способностью и податливостью тумб из деревянно-бетонных блоков с относительной площадью деревянных стоек на рабочей поверхности блоков, их выступом над обоймой, прочностью твердеющего раствора и толщиной металлических обойм. На основе установленных зависимостей могут быть определены оптимальные параметры деревянно-бетонных блоков, позволяющие повысить несущую способность тумб и уменьшить их податливость.
Применение тумб из блоков БЖБТ и Б ДБ, имеющих оптимальные параметры и конструкцию, и разработанных паспортов крепления анкерной крепью и охраны штреков в условиях средне- и труднообрушающихся кровель, позволяет обеспечить эффективное поддержание выемочных вырабо-
8 ток, повысить безопасность работ и получить значительный экономический эффект.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: - результатами представительных наблюдений за проявлениями горно го давления, а также определением деформационно-силовых характеристик различных охранных конструкций в горных выработках шахт; - стендовыми исследованиями влияния регулирования контактных взаимодействий между блоками БЖБТ и конструктивных характеристик блоков БДБ на деформационно-силовые характеристики, сложенных из них тумб, и их корректной статистической обработкой; - положительными результатами внедрения технических и технологи ческих решений, рекомендаций и выводов, полученных в диссертационной работе, при охране выемочных выработок на пластах со средне- и труднооб- рушающимися кровлями в условиях глубоких шахт.
Научная новизна работы заключается: в установленных впервые взаимосвязях количества и общей площади первоначальных контактов и количества и общей площади контактов в момент разрушения железобетонных блоков с их несущей способностью; в определении сравнительного влияния вида прокладок между железобетонными блоками на несущую способность и податливость сложенных из них тумб; в установлении ранее неизвестных взаимосвязей между несущей способностью и податливостью тумб из деревянно-бетонных блоков и относительной площадью деревянных стоек на рабочей поверхности элемента охранной конструкции, их выступом над обоймой, прочностью твердеющего раствора, толщиной металлических обойм, а также высотой тумб, что позволило обосновать оптимальные параметры деревянно-бетонных блоков и уве-
9 личить несущую способность, сложенных из них тумб, при уменьшении их податливости.
Практическое значение работы состоит в создании эффективных охранных конструкций из усовершенствованных железобетонных и деревянно-бетонных блоков для охраны повторно используемых выемочных выработок, обеспечивающих их безопасное и практически безремонтное поддержание.
Реализация работы. Основные результаты исследований реализованы при составлении технических требований и технических условий на усовершенствованные блоки БДБ, утвержденных техническим директором ОАО «Ростовуголь», а также вошли в нормативный документ «Каталог рекомендуемых способов управления геомеханическим состоянием горного массива для угольных шахт России», утвержденный Департаментом угольной промышленности Министерства энергетики России и согласованный с Госгор-технадзором России.
Усовершенствованные блоки и типовые паспорта анкерного крепления и охраны выемочных выработок используются на 6 шахтах угледобывающих компаний Восточного Донбасса. Фактический экономический эффект от применения БДБ из усовершенствованных блоков в конвейерном штреке № 245 шахты «Западная-Капитальная» ОАО «Ростовуголь» по сравнению с тумбами БЖБТ составил 476,75 тыс. руб. (в ценах 2000 г.) на 1 км длины выработки.
Апробация работы. Содержание и отдельные результаты диссертации докладывались и получили одобрение на 44-53 научных конференциях Шах-тинского института ЮРГТУ (НПИ) (г. Шахты, 1996-2004 гг.), на научной конференции «Научно-технические проблемы шахтного строительства» (г. Шахты, 2000г.), на научной конференции «Совершенствование проектирования и строительства угольных шахт» (г. Шахты, 2001 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 14 печатных работ.
10 Структура и объем работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, списка литературы из 90 наименований, приложения. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 7 таблиц.
Автор выражает благодарность и признательность доц., к.т.н. Феоктистову В.М. - за методическую помощь и консультации по рассматриваемой проблеме; к.т.н. Мартыненко И.И., горным инженерам Антонову П.И., Чав-кину А.И., Кулешову Е.С., Проскуренко А.В., Федоренко Н.А. - за помощь, оказанную при выполнении стендовых и шахтных испытаний.
Закономерности проявлений горного давления и анализ основных методов и требований к выбору параметров охранных конструкций на пластах с труднообрушающейся кровлей
Большой вклад в изучение закономерностей сдвижений подрабатываемого массива горных пород, формирования зон опорного давления, воздействующих на повторно используемые выемочные выработки, и разработку способов и средств их бесцеликовой охраны и анкерного крепления, внесли Авершин С.Г., Ардашев К.А., Баклашов И.В., Бажин Н.П., Беляев Е.В., Борзых А.Ф., Борисов А.А., Воскобоев Ф.Н., Диманштейн А.С., Джигрин А.В., Долоткин Ю.Н., Заславский И.Ю., Зубов В.П., Егоров П.В., Казаковский Д.А., Канлыбаева Ж.М., Кардаков В.Е., Катков Г.А., Кузнецов Ю.Н., Кузнецов В.П., Лунов Э.П., Матвеев В.А., Мартыненко И.А., Петухов И.М., Потапенко В.А., Райский В.В., Рева В.Н., Розенбаум М.А., Тимохин А.Н., Ткачев В.А., Феоктистов В.М., Фисенко Г.Л., Черняк И.Л., Шемякин Е.И., Штумпф Г.Г., и др. /11-52/. Значительный вклад в исследование указанных процессов и средств охраны выработок внесли зарубежные исследователи Араунер X., Бреер В., Генте М, Гетце В., Фармер А., Якоби О. и др. /53-59/.
В результате этих исследований установлено, что при выемке угольных пластов длинными очистными забоями образуется искусственно созданное пустое выработанное пространство. Подработанный породный массив, мощностью от кровли угольного пласта и до земной поверхности, расположенный над выработанным пространством, теряет опору и начинает смещаться. Вес подработанного породного массива, с одной стороны передается пачками жестких слоев (мостов) горных пород на краевую часть пласта (зону опорного давления), а с другой - через обрушившиеся породы кровли на почву в выработанном пространстве /11-20/.
Опорное давление в зоне влияния очистных работ является результатом суммарного воздействия геостатического напряженного состояния нетронутого горного массива и изгибающих моментов, создаваемых: зависающими выше основной кровли и до поверхности над выработанным пространством жесткими слоями пород (мостами), и зависающими и периодически обрушающимися в выработанном пространстве консолями непосредственной и основной кровель.
Результаты исследований, проведенных отечественными и зарубежными учеными /11-59/, показали, что для правильного выбора податливости и несущей способности охранных конструкций в штреке с конкретными горногеологическими и горнотехническими условиями необходимо: - определить возможную величину опускания толщи подработанного массива на расстоянии 5-8 м от границы угольного массива до момента отслоения от вышележащего массива пород непосредственной и основной кровли; - предсказать по каким ослабленным контактам произойдет расслоение кровли над выработанным пространством с учетом отпора охранных опор; - оценить, какая часть веса отслоившейся непосредственной и основной кровли будет воздействовать на охранную конструкцию, и при какой дополнительной ее податливости, она уравновесит вес отслоившихся пород кровли или вызовет обрушение непосредственной и основной кровли в выработанном пространстве очистного забоя.
Несмотря на многочисленные попытки /21,25,30,47 и др./, точное аналитическое решение указанных задач до настоящего времени отсутствует по причине того, что взаимосвязи процессов, происходящих в подработанном горном массиве и в зоне его влияния, весьма сложны и недостаточно изучены. Кроме того, для аналитического решения указанных задач необходимо иметь точные сведения об объемном напряженно - деформированном состоянии различных зон подрабатываемого массива и изменении упруго-пластических свойств массива в этих зонах, что на данном этапе развития геомеханики не возможно /16,21,34,47 и др./. Поэтому в большинстве научных работ и практически во всех нормативных документах /7,34,40,65,67/ для определения основных параметров охранных конструкций, используются экспериментально - статистические методы определения требуемых характеристик.
Требования к величине продольной податливости и рабочему сопротивлению охранных конструкций для средне- и труднообрушающихся устойчивых кровель с прочной почвой (по классификации ВНИМИ /7/), изложенные в нормативных документах крупных научных организаций и известных ученых в области охраны выработок, приведены в табл. Определение требований к параметрам охранных конструкций при наличии труднообрушающейся кровли производили по зависимостям или требованиям, указанных в цитируемых работах, при следующих условиях:
Методика исследования контактных взаимодействий и неравномерности нагружения тумб из блоков БЖБТ
Изучение причин появления блоков БЖБТ, не соответствующих требованиям ТУ, показало, что основной из них является использование деформированных и неочищенных от бетона металлических прокладок, отделяющих блоки друг от друга. Прокладки деформируются при изготовлении блоков: после пропаривания блоки прилипают к прокладкам, и прокладки от блоков отбивают молотом. При новых прокладках, смоченных отработанным маслом, как того требует технология, качество блоков в основном соответствует ТУ. Однако по мере роста деформации металлических прокладок, количество блоков, не отвечающих требованиям ТУ, возрастает в десятки раз.
В связи с наличием блоков БЖБТ, отвечающих и не отвечающих требованиям ТУ, исследования контактного взаимодействия и влияния различных прокладок на деформационно-силовые характеристики тумб БЖБТ производили, как правило, отдельно для этих групп блоков.
Согласно требованиям технических условий, не реже 1 раза в течение 6 месяцев, а также при изменении конструкции блоков, технологии их изготовления и замене используемых при их производстве материалов должно производиться испытание до разрушения 1 % от партии, но не менее 2 блоков. По ТУ 12.0161510-120-92 испытанию на одноосное сжатие подлежит один блок БЖБТ, устанавливаемый без каких-либо прокладок между плитами гидравлического пресса по ГОСТ 8905-82. Скорость приложения нагрузки в ТУ не оговаривается.
Если разрушение хотя бы одного из испытанных блоков произойдет при нагрузке менее 85% от контрольной нагрузки (6000 кН), то есть при нагрузке менее 5100 кН, партию бракуют. Необходимо отметить, что на заводах, выпускающих блоки БЖБТ, пункт ТУ, предусматривающий периодические испытания разрушающей нагрузки блоков, не выполняется из-за отсутствия мощных гидравлических прессов. Натурные испытания блоков и тумб БЖБТ подменяются испытаниями по ГОСТ 10180-90 на одноосное сжатие контрольных образцов в виде кубиков, размером 100x100x100 мм или 150x150x150 мм, из той же партии бетона, прошедшего пропаривание и выдержанного до полного набора прочности.
Образец устанавливается без прокладок между плитами пресса и нагружается со скоростью, обеспечивающей его разрушение в течение не более 30 с. По этим испытаниям практически всегда бетон, из которого изготавливаются блоки БЖБТ, имеет прочность 30 МПа±15%. Несущая способность блока БЖБТ определяется путем умножения прочности бетона на рабочую площадь блока, равную примерно 0,2 м2, и составляет не менее 5100 кН.
При этом совершенно не учитывается, что при испытании кубиков из бетона на одноосное сжатие по ГОСТ 10180-90, непараллельность рабочих поверхностей кубика не превышает 0,1 мм, что соответственно в 30 раз меньше допустимых ТУ пределов для блока БЖБТ. При испытании кубиков все наплывы бетона удаляются напильником или абразивным камнем, а раковины на кубиках не превышают в диаметре 10 мм и имеют глубину не более 5 мм. По ГОСТ 10180-90 допускается также проводить исследования прочности бетона, укладывая на поверхности блока тонкий слой (толщиной до 3 мм) быстросхватывающегося раствора, который сжимается плитами пресса и выдерживается до достижения им набора прочности не менее 50% от прочности бетона.
Это означает, что блоки БЖБТ и кубики или призмы из бетона, испытываемые по ГОСТ 10180-90, имеют различные по числу контактов и их высоте контактирующие поверхности и испытываются в несопоставимых условиях.
В связи с изложенным, автором была разработана методика и проведены исследования влияния контактного взаимодействия и различных прокладок между реальными блоками БЖБТ, на деформационно-силовые характеристики сложенных из них тумб. Исследования производились на гидравлических прессах с усилием до 6000 кН, их порядок и используемые приемы описаны ниже.
Деформационно-силовые характеристики тумб из блоков БЖБТ с различными прокладками между блоками, уменьшающими контактные взаимодействия
Анализируя графики рис. 3.10, можно сделать вывод, что деформационно-силовые характеристики тумб БЖБТ без прокладок между блоками БЖБТ, отвечающих и не отвечающих требованиям ТУ, до момента разрушения тумб, весьма близки по виду к параболической зависимости. Обращает на себя внимание весьма большая податливость тумб из блоков, установленных без прокладок (55-65 мм) в момент начала разрушения охранной конструкции. Такая большая величина податливости, значительно превышающая возможную упругую податливость железобетона (несколько миллиметров), может быть объяснена только непрерывным процессом разрушения значительных по высоте (до 5-10 мм) первоначальных контактов на рабочих поверхностях самих блоков.
Уравнение регрессии, наиболее точно описывающее параболическую зависимость между величиной рабочего сопротивления Р и податливостью П тумбы из блоков БЖБТ, отвечающих техническим условиям, имеет вид
Величина корреляционного отношения для данного уравнения регрессии, хотя и ниже чем в уравнении (ЗЛО), но также высока (0,981), что позволяет сделать вывод о наличии весьма тесной связи между П и Р для тумб, сложенных из блоков, не отвечающих ТУ.
Деформационно-силовые характеристики тумб, сложенных из блоков БЖБТ, отвечающих и не отвечающих техническим условиям, довольно близки. При одинаковой нагрузке, податливость тумбы из блоков БЖБТ, не отвечающих ТУ, лишь на 5-10 мм больше, чем таковой из блоков БЖБТ, соответствующих ТУ.
Обращает на себя внимание тот факт, что при статистически не значимой разнице максимальной несущей способности отдельных блоков БЖБТ, отвечающих и не отвечающих требованиям ТУ (см. раздел 3.2), максималь 74 ная несущая способность тумбы, блоки которой отвечают требованиям ТУ, составляет 2121 кН, что существенно выше, чем у тумбы, блоки которой не отвечают требованиям ТУ (1568 кН). Однако из-за недостаточного количества исследуемых блоков, невозможно сделать статистически обоснованный вывод о существенности различий несущей способности тумб, сложенных из блоков различного качества.
Результаты проведенных в разделе 3.1 исследований показали, что для увеличения несущей способности тумб, сложенных из железобетонных блоков, необходимо в первую очередь увеличить общую площадь первоначальных и последующих контактов между слагающими их блоками и контактирующими с ними поверхностями. В производственных условиях это достигается применением различного рода податливых прокладок (деревянных, резиновых, из твердеющего раствора и т.д.), выравнивающих неравномерность напряженного состояния на рабочих поверхностях блоков.
Учитывая существенное влияние на деформационно-силовые характеристики тумб БЖБТ их высоты /25,38/, при исследовании стремились, чтобы высота тумб изменялась в минимально возможных пределах (от 810 до 900 мм).
На рис. приведены деформационно-силовые характеристики тумб с деревянными прокладками между блоками БЖБТ, отвечающих и не отвечающих требованиям технических условий. Анализируя графики рис. 3.11 можно сделать вывод, что деформационно-силовые характеристики тумб БЖБТ с деревянными прокладками толщиной 20 мм между блоками БЖБТ, отвечающих и не отвечающих требованиям ТУ, до момента разрушения конструкции, весьма близки по виду к параболической зависимости.
Обращает на себя внимание чрезвычайно большая податливость тумб, установленных с деревянными прокладками (130-152 мм) в момент начала разрушения конструкции. Она (податливость) в десятки раз превышает возможную упругую податливость бетона, и объясняется смятием на 13-14 мм каждой из деревян ных прокладок и процессом разрушения на высоту до 8-9 мм первоначальных контактов на рабочих поверхностях блоков БЖБТ.
Влияние прочности твердеющего раствора на характеристики тумб из блоков БДБ
При выборе рациональных параметров способа охраны выработок с применением тумб деревянно-бетонных блоков одним из важных вопросов является определение их устойчивости при увеличении высоты конструкции, особенно в местах вывалов пород кровли.
Предельная нагрузка, выдерживаемая тумбой, зависит от прочности и неровности поверхностей, слагающих тумбу блоков, точности их укладки в тумбу и ее высоты. Однако при любой прочности и высокой точности изготовления блоков, тумба при укладке блоков со смещением, а также с увеличением ее высоты, неизбежно теряет свою несущую способность, а затем и устойчивость.
Величину нагрузки (QT, кН), которую выдержат тумбы из блоков, имеющие различную начальную высоту, в работах /24,25,38/ предлагается определять по формуле: QT=QB KKXK0, (4.8) где QB- среднее сопротивление одного блока на одноосное сжатие, кН; Кк - коэффициент кладки тумбы, характеризующий физико-механические свойства контактирующих поверхностей; Кф - коэффициент формы, определяющий изменение устойчивости тумбы в зависимости от ее высоты.
Данные коэффициенты определяются на основании результатов стендовых испытаний тумб на гидравлических прессах. Коэффициент кладки тумб учитывает изменение их несущей способности при наличии или отсутствии между блоками деревянных прокладок.
Между блоками в тумбах БДБ деревянные прокладки не устанавливаются, поэтому коэффициент Кк в формуле (4.8) можно исключить. Для тумб из блоков БЖБТ, высотой 0,15 м, длиной 0,50 м и шириной 0,40 м, в работе /24/ были установлены средние значения коэффициентов формы при высоте тумб 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 и 1,8 м.
Они составляют соответственно 0,95; 0,93; 0,90; 0,79; 0,69; 0,59 и 0,49. Приведенные данные показывают, что высота тумб оказывает существенное влияние на их несущую способность. В связи с этим, необходимо обязательно устанавливать степень влияния высоты любых типов тумб на величину их несущей способности.
Естественно, что указанные выше значения коэффициента формы не могут быть использованы для блоков БДБ, имеющих форму и размеры, отличающиеся от блоков БЖБТ. Поэтому автором, совместно с к.т.н. Беликовым В.В., были проведены исследования по определению коэффициента формы для тумб БДБ различной высоты /79/.
Замеры максимальной несущей способности тумб производили с помощью поверенных манометров, а высоты тумб - стальными рулетками. Замеры при одинаковом числе блоков в тумбах производили дважды. На рис. 4.6 приведены данные 18 замеров максимальной несущей способности (Р) тумб БДБ с высотой (h) от 0,200 до 1,875 м.
Как видно из данных рис. 4.6, четкой связи между несущей способностью тумб и их высотой не отмечается. Определение уравнения линейной регрессии между данными показателями показало, что оно имеет вид: Взаимосвязь между высотой и несущей способностью тумб из блоков БДБ
Однако, коэффициент корреляции R данного уравнения (-0,1686) и ин-деке детерминации R (0,028) весьма малы, что позволяет сделать вывод об отсутствии существенной корреляционной связи между несущей способностью тумб БДБ и их высотой.
Таким образом, при правильной установке блоков БДБ в тумбах по нормали к кровле с опорой на упорные стойки и наличии деревянных прокладок у кровли толщиной до 100 мм и высоте тумб до 1.9 м, их несущая способность существенно не снижается. Поэтому величина коэффициента формы в уравнении (4.8) может быть принята для рассматриваемого случая равным единице.
Похожие диссертации на Обоснование оптимальных параметров и конструкции искусственных опор для охраны выемочных выработок
