Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР И АЕШИЗ СПОСОБОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ КРЕПЕЙ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ 9
1.1. Вводные положения 9
1.2. Обеспечение прочности крепей за счет совершенствования методов расчета 10
1.3. Обеспечение прочности крепей за счет оптимизации их конструктивных параметров II
1.4. Обеспечение прочности крепей за счет перераспределения усилий на массив 14
1.5. Обеспечение прочности крепей за счет повышения устойчивости вмещающих пород 16
1.6. Анализ методов расчета прочности многослойных подземных конструкций 20
1.7. Выводы, цель, задачи и методы исследований 27
2. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КРЕПИ И УПРОЧНЕННЫХ ПОРОД ПРИ ИХ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ 31
2.1. Вводные положения 31
2.2. Обоснование обобщенной расчетной схемы крепей при их совместной работе с упрочненным массивом пород. 33
2.3. Уравнения метода начальных параметров для обобщенной расчетной схемы 36
2.4. Разработка математической модели напряженно-деформированного состояния системы "крепь-упрочненные породы" 42
2.5. Алгоритм и программа расчета внутренних усилий и перемещений системы "крепь-упрочненные породы" 51
2.6. Выводы 53
3. СПОСОБНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ РАМНЫХ КРЕПЕЙ
3.1. Вводные положения 55
3.2. Определение несущей способности и выбор параметров упрочненного слоя при неустойчивой кровле выработки. 56
3.3. Выбор параметров упрочненного слоя для обеспечения прочности металлической арочной крепи 63
3.3.1. Установление зависимости несущей способности системы "крепь-слой" от ее относительной жесткости 65
3.3.1 Л. Установление зависимости нагрузок на арочную крепь от относительной жесткости системы "крепь слой". 65
3.3.1.2. Закономерности распределения силовых факторов в элементах системы "крепь-слой" 68
3.3.2. Закономерности формирования внутренних усилий в арочной крепи при переменных по контуру параметрах упрочненного слоя 75
3.3.3. Зависимость несущей способности арочной крепи от размеров упрочненного участка контура выработки 81
3.4. Выбор параметров крепи и упрочненного слоя пород 86
3.5. Выводы 91
4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТАМПОНАЖНОГО СЛОЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
ПРОЧНОСТЬ СБОРНОЙ КРЕПИ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТКБИНГОВ ГТК. 93
4.1. Вводные положения 93
4.2. Определение закономерностей распределения нагрузок на контакте крепи и тампонажного слоя 97
4.3. Определение несущей способности тюбинговой крепи в выработках, сооружаемых без тампонажа закрепного пространства 102
4.4. Влияние параметров тампонажного слоя на изменение напряженного состояния и несущую способность тюбинговой крепи ИЗ
4.5. Выводы 120
5. ОБОСНОВАНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 122
5.1. Вводные положения 122
5.2. Оценка достоверности полученных результатов путем сравнения их с существующими решениями 123
5.3. Экспериментальная проверка результатов исследований на физических моделях 135
5.4. Апробация результатов исследования в производственных условиях 138
5.5. Выводы 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
ЛИТЕРАТУРА 147
ПРИЛОЖЕНИЕ. 1
Введение к работе
"Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", принятые на ХХУ1 съезде КПСС, и последующие постановления Партии и Правительства предусматривают дальнейшее интенсивное развитие горнодобывающей и угольной промышленности, что связано с освоением новых месторождений на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях. Увеличение объемов работ по проведению, креплению и поддержанию выработок на больших глубинах, в условиях повышенного горного давления, при наличии неустойчивых и обводненных вмещающих пород требует дополнительных материальных и трудовых затрат. Применяемые конструкции крепи цри их высокой материалоемкости не всегда обладают достаточной прочностью, обеспечивающей безремонтное поддержание выработок в таких условиях. В то же время иногда выработки крепятся чрезмерно усиленными крепями с повышенными запасами прочности что вызывает перерасход материалов
Наметившаяся в последнее время прогрессивная тенденция применять более легкие и соответственно менее материалоемкие конструкции за счет использования несущей способности искусственно упрочненных вмещающих пород выдвигает важную задачу расчета прочности крепей при их совместной работе с упрочненным массивом. Эта задача решена только для монолитной кольцевой крепи, взаимодействующей с такими же по очертанию равномерно упрочненными слоями пород. Однако для крепления капитальных и подготовительных выработок в большинстве случаев используют сборные рамные или сплошные конструкции с незамкнутым контуром и разнообразным очертанием, к тому же в условиях, не позволяющих обеспечить равномерное упрочнение пород по всему контуру выработки. В связи с этим обеспечение прочности сборных шахтных крепей произвольной конструкции при их совместной работе с неравномерно упрочненным массивом является контуру сборных шахтных крепей разомкнутого очертания.
Учтено влияние параметров тампонажного слоя на внутренние усилия в опасных сечениях шарнирной крепи из железобетонных тюбингов и ее несущую способность.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверздается:
совпадением (отклонение не более 5 %) результатов расчетов по разработанной методике с результатами, полученными точными методами теории упругости и механики стержневых систем при контрольных решениях частных задач; хорошей сходимостью результатов аналитических исследований и лабораторных экспериментов; положительными результатами внедрения методики расчета и практических рекомецдаций.
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования внутренних усилий в элементах сборных шахтных крепей, работающих совместно со слоем упрочненных пород, а также зависимости несущей способности крепи и слоя от параметров упрочнения и условий взаимодействия крепи с упрочненным слоем и слоя с породами, что развивает существугощие представления о совместной работе сборных шахтных крепей с упрочненным массивом пород.
Практическое значение работы состоит в разработке методики автоматизированного расчета многослойных несущих конструкций произвольного очертания, позволяющей проводить многовариантные вычислительные эксперименты на ЭВМ и определять напряженно-деформированное состояние и несущую способность сборных шахтных крепей при их совместной работе с упрочненными породами, а также рекомендаций по выбору рациональных параметров крепи и упрочненных слоев пород, обеспечивающих их прочность с экономией материальных и трудовых затрат,
Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по совершенствованию железобетонной крепи и выбору параметров тампонажного слоя использованы институтом КуаНйИшахтострой при разработке паспортов крепления выработок сборной крепью ГТК вместо монолитной железобетонной крепи. Крепь ГТК внедрена в системе комбината Кузбассшахтострой с фактическим экономическим эффектом 484 700 руб. за I982-I983 годы.
Методика расчета крепей с учетом их взаимодействия с упрочненным массивом используется в проектных и научно-исследовательских работах институтами КузНЙИшахтострой, Подмосковный ШУЙ и ТПИ.
Апробация работы. Основные материалы, положения и выводы диссертационной работы докладывались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского политехнического института (I979-I984 гг.); региональных научно-технических конференциях "Совершенствование технологии, механизации и автоматизации горных работ" (I980-I983 гг.); П Всесоюзной научной конференции "Проблемы механики подземных сооружений" Св 1982 г.); научно-техническом совете Подмосковного ШУИ (1981--1983 гг.); совместном заседании кафедры "Строительство подземных сооружений и шахт" (1984 г., ТПИ).
Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту Бредневу В,А. за ценные научные консультации и помощь, оказанную при выполнении работы.
