9.5. Определение усилий в элементах временной крепи

В скальных породах с большим коэффициентом крепости f боковое горное давление практически отсутствует. Величину вертикального горного давления в таких породах определяют построением свода обрушения только в пределах «верхняка» штольни (рисунок 9.32).

а – свод обрушения в твердых породах; б – схема давления породы на рамы

Рисунок 9.32 – Схема расчета временной крепи

Свод обрушения в пределах верхняка изменяется по эллиптической кривой. С некоторой долей допущений вертикальное давление р можно принять равномерно-распределенным величиной р=h. В расчетах изгибающий момент в верхняке М_в и сжимающую силу в стойке N_с определяют по формулам:

, ,

где а - расстояние между рамами;

_f - коэффициент надежности по нагрузке, _f=1,2 – для грунтов;

l - длина свода обрушения l=b;

b – длина верхняка;

p^н – интенсивность вертикального горного давления, p^н=h;

h - высота свода обрушения;

 - удельный вес породы;

f - коэффициент крепости породы.

При наличии бокового давления свод обрушения строится с отложением угла  от оси стойки (рисунок 9.33)

 = 45 - 0,5.

В расчете принимается величина бокового давления на середине высоты стойки h_c.

Рисунок 9.33 – Схема для определения горного давления на временную крепь в слабых породах

Вертикальное давление р определяется из зависимости

р= h,

где h - высота свода обрушения h=b/2f;

b - длина свода обрушения b=l+2h_ctg.

Усилия в верхняке определяются по формулам:

усилия в стойке:

здесь p_г=(р+0,5h_с)tg²(45-0,5)=(h+0,5h_с)tg²(45-0,5).

Расчетом проверяется также площадка смятия в местах стыкования верхняка и лежня со стойкой.

При определении размеров поперечного сечения крепей необходимо учитывать особенности их работы, приближенность определения действующих нагрузок, и, прежде всего, горного давления.

В разных частях выработки конструкции крепи работают в различных условиях. При этом учет всех нагрузок не всегда дает невыгоднейшее их сочетание.

Конструкция крепи обычно воспринимает нагрузки уже в ходе их возведения, возможно и нарастание давления на крепи в ходе расширения выработок.

Элементы крепи работают в условиях большой влажности, воздействия агрессивных вод и газов, чем ускоряется их гниение и коррозия. Это требует повышенных запасов прочности в конструкциях, принятия мер к их защите. Величина расчетных сопротивлений древесины временной крепи приведена в таблице 9.3.

Таблица 9.3 - Рекомендуемые расчетные сопротивления R (кгс/см²) для древесины крепи штолен

Вид напряженного состояния древесины	сосна	дуб
поперечный изгиб бревен и брусьев, Rdb	125	170
поперечный изгиб досок, Rdb	115	145
сжатие и смятие вдоль волокон, Rds, Rdqs	105	135
сжатие и смятие поперек волокон во врубках, Rdq	25	50

В практике часто приходится иметь дело с заготовленными пиломатериалами определенного сечения. Если они заготовлены для материала затяжки можно определить расстояние между рамами

,

где R – расчетное сопротивление древесины, кН/м²;

m – коэффициент условий работы;

W - момент сопротивления затяжки на ширине 1 м, м³;

р - горное давление, кН/м².

При подборе сечений элементов рамы штольни в скальных грунтах, сечение верхняка проверяют по наибольшему изгибающему моменту, стойку рассчитывают на N_с по смятию стойкой верхняка и проверяют ее на сжатие с учетом продольного изгиба.

При расчете крепления штольни в нескальных грунтах учитывают, что все элементы конструкции работают на изгиб и сжатие, поэтому расчет элементов рамы ведут на совместное воздействие вертикального и горизонтального давления.

Подобранные сечения элементов крепления штольни должны удовлетворять условиям:

где m – коэффициент условий работы, m=0,9;

А_в, А_с – площади поперечного сечения соответственно верхняка и стойки;

W_в, W_с – моменты сопротивления верхняка и стойки.