книги из ГПНТБ / Кравченко Г.И. Облегченные крепи вертикальных выработок

геологических условиях в зависимости от крепости пород, глубины вывалов, длительности и стоимости установки, прочностных показателей и стоимости материала штанг полная стоимость крепления 1 м2 поверхности штанговой крепью по прямым затратам может быть получена из выражения

штанг большой длины обеспечивается значительное раз­ режение сетки их размещения при сохранении нужной несущей способности. Этим достигается сокращение бу­ ровых работ и снижение затрат на зозведение крепи. В табл. 23 приведены результаты подсчетов стоимости

120

Расчеты произведена для условий Высокогорского руд­

Вышеприведенная методика позволяет выбрать наи­ более дешевый из нескольких паспортов, обеспечиваю­ щих одинаковую несущую способность породного слоя, закрепленного штангами. Но при этом не рассчитывается действительно необходимая несущая способность си­ стемы крепь — порода. Способ расчета, устраняющий этот недостаток, излагается ниже.

Вначале с помощью формулы (59) или данных табл. 21 определяется ширина зоны неупругих дефор­ маций, затем с помощью формулы (70) или (71) нахо­

нием [сгщт], определяемая из преобразованной формулы Ляме

где ho — толщина рабочей зоны системы крепь — порода. Имея в виду возможную неравномерность нагрузки, целесообразно уменьшить несущую способность крепи в

2—2,5 раза. Тогда

Толщина системы крепь — порода определяется дли­ ной штанг и в общем случае меньше последней на глубину сводов, образующихся между опорными пли­ тами штанг из-за обрушения нарушенных взрывными работами пород.

Известно, что уже на малом расстоянии от сосредо­ точенно приложенной силы (т. е. от опорной плиты штанги), равном примерно (0,5-ь0,6)/г (где 1г — длина

121

штанги), породы находятся вне сжимающего воздействия штанг, препятствующего их выпадению. В трещиноватых породах область сжимающего воздействия еще меньше. При сгущении сетки размещения штанг зоны их сжи­ мающего воздействия перекрываются и объем пород вне зон уменьшается. Такая же картина распределения сжимающих напряжений -наблюдается и со стороны замков, где тоже есть породы, находящиеся вне влияния штанг. Практически установлено, что высота сводов об­ рушения между штангами может достигать 20—50 см в зависимости от расстояния между ними.

Поэтому в формуле (74) следует принимать Rn = R\ + + г' и h0 = h — 2/-', где г' — высота породных сводов, на­ ходящихся вне сжимающего воздействия со стороны опорных плит и замков штанг (0,2—0,5 м); R\ — радиус выработки.

ных условий; при наличии всех необходимых сведений

тию разрушенной породы, определяемое из табл. 6. В первом случае из (32)

Ы = 1 , 4 8 [ ( Т с ж ] 0 0-27

определяется значение коэффициента объемного напря­ жения V . Затем из .(31)

задаваясь одной из величин (Р или /), определяем другую.

Во втором случае, при [стКп]<(оСж], как это следует из рис. 32 и логики расчетного метода, штанговая крепь должна сохранять существующее положение и ее пара­ метры назначаются из условия предотвращения вывалов между штангами.

122

Пример 5. Ствол диаметром 8 м пройден в глинистых сланцах, со следующими характеристиками: 0Сж=2ОО кгс/см2; стр = 40 кгс/см2: минимальное сцепление 2 кгс/см2; минимальный размер структурно­ го блока нарушенной породы 0,6 м; у = 2,5 т/м3; р=30°.

I. С помощью (59) илы табл. 21 определяем ширину зоны не­ упругих деформаций

При Р—4 тс /=1,72 м. Таким образом, штанги длиной 1,5 м необходимо устанавливать по сетке 1,72x1,72 при натяжении 4 тс.

Штанговая крепь в прочных трещиноватых породах. Размер зоны ослабления определяется из (61). В рас­ четной схеме, предложенной в работе [28], в качестве исходного допущения предполагается, что напряженное состояние в ослабленной зоне обусловлено весом пород этой зоны, а горизонтальные напряжения о0 и аг равны нулю. Тогда,' после подстановки оз = 0 и некоторого пре­ образования условие специального предельного равнове­ сия [II]

Pl ~ Рз cos 2а (tg 2а — tg ф) = с + Pl ^ Рз - tg ф

запишется в форме

123

й с учетом того, что наиболее опасными в зоне ослаб­ ления пород являются плоскости, ориентированные к го­

Из выражения (77) определяется минимально необ­ ходимое сцепление в зоне ослабленных пород, чтобы исключить образование вывалов.

Длину штанг при данной методике принимают такой, чтобы обеспечить закрепление замков штанг в неослаб­ ленном массиве. Расстояние между штангами прини­ мают по величине структурного блока или по средним расстояниям между трещинами. Следовательно, выбор собственно параметров штанговой крепи определяется теми же соображениями, что и при наличии области не­ упругих деформаций, образующейся в условиях обыч­ ного предельного равновесия.

Пример 6. Ствол круглого поперечного сечения диаметром 5 м

1.Определяем из (61) радиус зоны ослабления связен ме

124

4. Минимально необходимое сцепление в зоне ослабленных по­ род определяется из (77)

Cmin = [cos 20 (tg 20 — lg ф) — Ig tp] =

3■600

=[cos 2 -67,5° (tg 2 ■67,5° — tg 45°] = 37,8 кгс/см2.

Породы разрушатся в том случае, если будет превышен предел прочности штанг на срез. Железобетонная штанга имеет сопротив­ ление срезу около 2000 кгс/см2, т. е. ее предел прочности на срез намного превышает минимально необходимое сцепление и срез по железобетонным штангам в ослабленной зоне исключается. Поэтому расстояние между штангами выбирается из условия предотвращения вывалов породы между трещинами равным 1,4—1,5 м.

Предложенные расчетные методы носят в известной мере предварительный, ориентировочный характер, так как некоторые положения, используемые при выводе формул и определении численных значений применяемых

вних величин, нуждаются в последующих исследованиях

иуточнениях. Например, во всех расчетных схемах не учитывается имеющаяся связь по контакту между систе­ мой крепь — порода и породой; принятые расчетные зна­ чения [осш] для разрушенной породы нуждаются в уточ­ нении (по-видимому, они более высоки); сведения о сцеплении между отдельными породными блоками в раз­ личных горно-геологических условиях недостаточны.

Принятые допущения идут в запас прочности. Однако, выявление действительных значений используемых в рас­ четах величин будет способствовать уточнению представ­ лений о физической сущности процессов в заштангованном породном массиве и повышению надежности и эко­ номичности штанговой крепи.

§3. Расчеты набрызгбетонной крепи

В породах, залегающих на глубине менее критиче­ ской для них, определяемой из (67), крепь или будет не нагруженной, или нагрузки будут невелики и тол­ щина крепи определится технологическими показате­ лями (возможность возведения крепи и установки рас­ стрелов, предохранение пород от выветривания и т. д.). Обычно в таких условиях вполне достаточна толщина слоя набрызгбетона не свыше 3—5 см. На Высокогор­ ском руднике участки стволов шахт «Сернистая», № 11

125

и других закреплены набрызгбетоном именно такой тол­ щины. При глубине ствола, превышающей критическую, нагрузка на крепь зависит от конструкции и материала последней, способа проходки и технологии крепления, величины деформаций массива. Все эти обстоятельства должны получить отражение в расчетной схеме. В СНиП П-М. 4—65 в соответствии с рекомендациями ВНИМИ применена расчетная схема, учитывающая в той пли иной мере некоторые из перечисленных выше положений применительно к монолитной бетонной крепи. Как пока­ зано выше, набрызгбетон — это разновидность обычного быстротвердеющего бетона, поэтому основные положе­ ния указанной расчетной схемы можно использовать для приближенного расчета набрызгбетонной крепи.

Крепь ниже предельной глубины рассчитывают по расчетным максимальным нагрузкам

тивная средняя нагрузка на крепь протяженного участка ствола диаметром 6 м в свету для обычных условий и

(табл. 24); v' — безразмерный коэффициент неравномер­ ности распределения нагрузок по поверхности крепи ствола; принимается согласно табл. 25.

126

Т а б л и ц а 25

Коэффициент неравномерности при набрызг-

Толщину пабрызгбетонной монолитной крепи для стволов круглого сечения определяют согласно СНиП И-М. 4—65'

условий работы бетона, равный 0,7—0,9; р — безразмер­ ный коэффициент, равный 2 у сопряжений ствола на расстоянии 0,5 R2 в каждую сторону и 1— на остальной части ствола (кроме устья); ртях— расчетная макси­ мальная нагрузка на крепь, определяемая из (78); ст1Т— расчетное сопротивление иабрызгбетона на сжатие при изгибе; определяется в соответствии с рекомендациями Оргэнергостроя [57] из табл. 26.

Расчетная схема ВНИМИ достаточно полно, хотя и в обобщенном виде, учитывает влияние основных фак­ торов на величину нагрузки на крепь.

Вместе с тем методика не полностью учитывает взаимодействие пород и крепи, влияние податливости крепи на величину нагрузки на нее. Решение задачи определения давления породы на крепь в зависимости от свойств породы и крепи, технологии проходки и креп­ ления, выполненное в работе [76] и более подробно рас­ смотрено ниже.

127

Т а б л и ц а 26

В соответствии с этим решением, установившееся давление на крепь определяется из условия совместности смещенной крепи и точек поверхности обнажения, что выражается уравнением

где Uco(p)— смещения на контуре выработки после до­ стижения равновесного состояния системы крепь — по­ родный массив; и0— начальное смещение породного кон­ тура до ввода крепи в работу; ир — перемещения на внешнем контуре крепи от давления со стороны мас­ сива.

Условия совместности смещений породы п крепи хо­ рошо иллюстрируются с помощью графика (рис. 51). На нем кривая 1 показывает изменения давления породы на жесткую крепь, возведенную в период образования зоны неупругих деформаций. Вид кривой в числе прочих факторов определяется свойствами пород, пересекаемых стволом. Остальные линии показывают перемещения контура крепи (2 — жесткой, 3 и 4 — с различной сте-

128