1. Исходные данные

Номер задания	3
Тип ствола	Скиповой
Глубина ствола	900
Скип	1УСН 10,6-1
Объемный вес породы целика	2,80 т/м3
Модуль упругости параллельной слоистости, Е	2,53*104 МПа
Модуль упругости перпендикулярной слоистости, Е	1,64*104 МПа
Коэффициент Пуассона ν	0,20
Предельное касательное напряжение τпред	14,8 МПа

2. Предохранительные полки

2.1. Общие сведения

Предохранительные полки (ПП) представляют собой специальные инженерные сооружения, предназначающиеся для восприятия мощных ударных нагрузок от аварийных падений подъёмных сосудов и транс­портируемых в них грузов.

Предохранительные полки делятся на сплошные, перекрывающие все сечение ствола, и на полки, перекрывающие часть ствола. На соору­жение отдельных конструкций полков расходуется до 100-200 т метал­ла и до 100 м³ леса.

Из многочисленных конструкций ПП наиболее эффективным являет­ся сборно-разборный предохранительный полок конструкции кафедры шахтного строительства Уральского государственного горного университета. Он отличается следующими достоинствами: малая конструктивная высота, возможность многократного использования несущих конструкций полка; универсальность; не значительные затраты средств и времени на монтаж и демонтаж полка.

2.2. Устройство и принцип работы сборно-разборных предохранительных полков

Полок представляет собой конструкцию заводского изготовления и рассчитан на многократное использование при общем сроке эксплуа­тации не менее 20-25 лет. Полок может применяться при углубке стволов любых диаметров и глубин, оборудованных как одноканатными, так и многоканатными подъёмами с любыми типами подъёмных сосудов.

Основным параметром сборно-разборных ПП является их несущая способность, измеряемая максимальной величиной кинетической энер­гии ударных нагрузок, на восприятие которых они рассчитываются. Для эффективного использования полков в различных горно-техничес­ких условиях предусмотрен параметрический ряд полков, включающий несколько типоразмеров, каждый из которых при определенных значе­ниях его несущей способности и максимальной массы падающих тел мо­жет применяться в стволах любой Формы и размеров поперечного сече­ния (табл. 2.1.).

Таблиц 2.1.

Показатели	Типоразмер полка
	I	II
Несущая способность полка, МДж Диаметр ствола в свету, м Максимальная масса падающих тел, т Максимальная высота падения тел, м Конструктивная высота полка (от монтажного до гидроизоляционного перекрытия), м Масса металлоконструкций полка, т	150 4.0-8.5 12-20 1000-600 6-8 60-90	250 4.5-8.5 20-25 1300-900 6.5-8.5 70-110

Полок состоит из несущей конструкции, распределительно-утяжеляющего блока, амортизирующего устройства, а также гидроизоляцион­ного и монтажного перекрытий (рис. 2.1).

Несущая конструкция полка представляет собой круговой свод (купол). выполненный из установленных параллельно друг другу двух - шарнирных арок. Арки собираются из отдельных секций, изготовленных из литой стали. Каждая арка включает 1-4 (в зависимости от диамет­ра перекрываемого ствола) основные секции, а также две опорные секции и две опоры ящичного типа. Основные секции соединяются меж­ду собой и с опорными секциями при помощи соединительных элементов (накладок), стягиваемых болтами. Опорные секции шарнирно соединены с опорами. Опоры соединены с бетонной крепью ниши анкерными болта­ми. Арки соединены между собой болтами-шпильками, что обеспечивает их совместную работу.

Поверх несущей конструкции полка в пределах отделений подъем­ных сосудов и противовесов располагают распределительно-утяжеляю­щий блок, изготавливаемый, как правило, в виде железобетонной пли­ты соответствующей Формы.

На распределительно-утяжеляющем блоке устанавливаются аморти­зирующие устройства, отдельно для каждого подъемного отделения ствола, рассчитанные на центральное загружение. Устройства выпол­няются в виде клеток из сосновых брусьев, соединенных между собой скобами.

Над амортизирующим устройством располагают гидроизоляционное устройство, защищающее полок от обводнения и заиливания. Оно вы­полняется в виде перекрестного настила из двух рядов брусьев с трехслойным рулонным покрытием между рядами. Сверху брусья перек­рываются стальными листами толщиной 2-3 мм. Перекрытие опирается на амортизирующее устройство.

При перекрытии предохранительным полком части сечения ствола полок имеет ограждающую стенку, как и у полков других конструкций, для защиты углубочного отделения от возможного падения в него фрагментов разрушившегося подъёмного сосуда и его содержимого, а также фрагментов разрушенного амортизирующего устройства.

Рассматриваемый ПП также защищает от падения тяжелых тел ма­лого поперечного сечения (рельсы, балки, трубы), обладающих значи­тельной пробивной силой. Сквозное пробивание полка исключается на­личием мощного распределительно-утяжеляющего блока.

Монтаж полка начинается с установки монтажного перекрытия и сооружения ниши. Затем монтируются опоры и несущие арки, собирают распределительно-утяжеляющий блок, амортизирующее и гидроизоляци­онное устройства, демонтаж полка производят в обратной последова­тельности. Монтажное перекрытие выполняется из заделываемых в крепь ствола двутавровых балок со сплошным настилом из брусьев.

Работа ПП на восприятие мощных ударных нагрузок протекает следующим образом. При падении в ствол тяжелого крупногабаритного тела оно пробивает гидроизоляционное перекрытие и входит в аморти­зирующее устройство, двигаясь с замедлением до полной остановки, тело проходит путь, равный 0,7 – 0,9 начальной высоты амортизирующе­го устройства. Работа по его разрушению должна поглотить ту часть кинетической энергии удара, которая в соответствии с соотношением массы ударяющего тела и приведенной массы полка затрачивается на местные деформации в зоне соударения. Остальная часть кинетической энергии удара, идущая на общую деформацию полка, вызывает прогиб его арочной несущей конструкции. Динамические усилия через опоры и фундаменты полка передаются окружающему массиву горных пород (по наклонным направлениям вниз и в сторону от ствола (рис. 2.2).

Бла­годаря значительной величине деформации амортизирующего устройства процесс ударного нагружения ПП растягивается во времени, что уменьшает действующую силу. После достижения этой силой максимального значения происходит процесс разгрузки полка с некоторым отс­коком упавшего тела. Величина отскока в связи с близким к абсолют­но неупругому (пластическому) характеру удара, обусловленному как значительной деформацией амортизирующего устройства, так и деформацией в ходе соударения самого падающего тела, не должна превы­шать 1,5-2,0 м. Таким образом, в процессе соударения амортизирую­щее устройство должно работать на разрушение и пластические дефор­мации, распределительно-утяжеляющий блок - на упругопластические и несущая конструкция - на упругие деформации (при условии недости­жения динамического предела текучести материала).