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

Деформацию бетона ео времени представляют в виде

tx = 30 суток.

Модуль упругости бетона в возрасте т определяется из соотношения

стигает своего конечного значения за очень короткое время, можно принимать его без учета влияния времени,

т. е. Еб(т) =Еб = const.

Величина смещений м0 зависит от расстояния V от забоя ствола до участка, где возводится крепь. Мини­ мальное ее значение будет около забоя, максимальное — на расстоянии, примерно равном 4—5 диаметрам ствола.

При использовании иабрызгбетоиа в породах проч­ ных вполне возможна организация работ с возведением крепи при максимальных значениях V (например, схема

130

Заслуживает внимания, что в данных условиях на­ пряжения в крепи мало зависят от ее толщины и необ­ ходимая прочность крепи обеспечивается даже при ис­ пользовании бетона невысоких марок.

В [28] предложена схема расчета пабрызгбетонной крепи для вертикальных выработок, пройденных в проч­ ных, но трещиноватых породах. Вначале определяется радиус зоны разрушения по формуле (61). Затем, при­ нимая, что нагрузка на крепь вызывается весом пород, заключенных в зоне разрушения, и имеет место сколь­ жение пород по поверхности, расположенной под углом

ослабления.

Подставляя значения входящих в формулу величин, можно определить максимально возможную высоту слоя при поддержании набрызгбетоиом, либо нужную тол­ щину слоя набрызгбетоиа при определенной высоте заходки. В таких случаях штанги можно размещать по более редкой сетке.

Методы расчета пабрызгбетонной крепи, несмотря на использование в некоторых из них точных решений, основанных на методах механики сплошной среды, также следует считать приближенными, поскольку в них не учитываются все особенности взаимодействия породы и набрызгбетоиа. Вполне вероятно, что по влиянию на эффективность работы пабрызгбетонной крепи эти осо­ бенности, перечисленные в главе I, могут оказаться не менее существенными, чем учитываемые в расчетных

132

схемах факторы. Поэтому дальнейшее исследование ме­ ханизма взаимодействия пабрызгбетоппой крепи и по­ род— основа для разработки более точных методов расчета.

§ 4. Несущая способность набрызгбетонной крепи неправильной формы 1

Выше рассмотрены расчетные схемы для выработок с ровным контуром. .Между тем значительное распро­ странение получила набрызгбетонпая крепь, повторяю-

Рис. 52. Расчетная схема (а) н схема части кольца, при­ уроченной к отклонению направляющей оболочки от кру­ га (б)

щая технологические неровности поверхности, вызван­ ные взрывными работами. Оценка влияния числа и ам­ плитуды таких неровностей, а также прочности мате­ риала крепи на ее несущую способность представляет интерес в теоретическом и практическом отношениях.

Набрызгбетонпая крепь рассматривалась как ци­ линдрическая оболочка, параметрические уравнения направляющей срединной поверхности которой имеют вид (рис. 52, а ):

х —■R (cos 0 -j- с*cos /?гЭ); |

В. М. Выдриным.

133

где R i — радиус проектного сечения выработки; R2‘— внешний радиус набрызгбетонной крепи в выработке проектного сечения; с2— амплитуда технологических не­ ровностей, доли R; in — число технологических неровно­ стей без единицы.

Считалось, что оболочка подвержена равномерному давлению на внешней поверхности (для упрощения рас­ четной схемы).

Так как имеющиеся сведения о реологических свой­ ствах набрызгбетона недостаточны, рассматриваемая оболочка принималась упругой. Тогда задача о несущей способности оболочки свелась к исследованию ее па общую устойчивость.

Рассматривали закрепленные выработки большой протяженности; поэтому считалось, что длина оболочки

Это условие позволило свести задачу к исследованию устойчивости кольца под действием внешнего равномер­ ного давления (рассматривалось элементарное кольцо, вырезанное из оболочки двумя поперечными сечениями на расстоянии одно от другого, равном единице) [92].

Для решения поставленной таким образом задачи применяли метод расчета оболочек под равномерным внешним давлением на основе допущения возможных отклонений [91].

ваемый как показано на рис. 52, б, где изображена п-я часть кольца.

134

веревочную кривую для равномерного давления, а пло­ щадь между этой кривой и действительной — как эпюру изгибающнх моментов.

Изгибающий момент считаем положительным, если он вызывает уменьшение кривизны. В точках А и В из­ гибающий момент равен нулю, и взаимодействие ча­ стей кольца выражается сжимающими силами S, каса­ тельными к веревочной кривой. Сила 5 постоянна по величине и равна pR.

Изгибающий момент М в любом поперечном сече­ нии получается умножением п на полное радиальное

(94)

Решение уравнения (94), удовлетворяющее условиям непрерывности в точках А и В, имеет вид

Тогда изгибающий момент

(96)

135

Максимальный изгибающий момент Mm;vx получаем

чается добавлением к напряжению, вызываемому сжи­

(я2 — 1) £6»

Так как набрызгбетон в основном работает на сжа­ тие, то, приравнивая атах к пределу прочности набрызгбетона на сжатие [щ-ж], получаем уравнение для кри­ тической нагрузки

[вс*] б° + ( 1 + Х ' ) Q

G=

п— число технологических неровностей.

Наименьшему критическому напряжению в формуле (100) соответствует знак минус перед квадратным кор­ нем.

В результате расчетов по формуле (100) построены номограммы, характеризующие зависимость критиче­ ской нагрузки на набрызгбетонную крепь р1ф от числа

136

неровностей контура п, их амплитуды с2 и относитель­ ной толщине крепи 6о, из которых видно, что несущая способность иабрызгбетониой крепи, незначительно за­ вися от числа неровностей контура (рис. 53, а), при лю­ бой относительной толщине крепи резко падает с уве­ личением амплитуды неровностей (рис. 53,6).

а,

Ркр’

6

5

4

3

Z

1

О

Отсюда следует, что даже при большой относитель­ ной толщине иабрызгбетониой крепи неправильной фор­ мы невозможно значительно повысить ее несущую спо­ собность за счет применения высокопрочных бетонов.

Столь существенное влияние неровностей на несущую способность крепи, повторяющей форму контура, сле­ дует учитывать при ее проектировании и возведении.

§ 5. Расчет комбинированной крепи

Несущая способность комбинированной крепи скла­ дывается из несущей способности ее составляющих — штанг и набрызгбетона. Естественно, несущая способ­ ность штанг и набрызгбетона может быть предусмотрена

137

комбинированной крепи в ее общей несущей способно­ сти, по-видимому, должна определяться в первую оче­ редь экономическими соображениями.

При этом следует иметь в виду, что работа штанг изучена более детально, а их эффективность в смысле вовлечения пород в статическую работу крепи более вы­ сока, чем у пабрызгбетопа. Технико-экономическое срав­ нение (см. главу VII) показывает, что штанги более вы­ годно использовать в качестве компонента, восприни­ мающего горное давление полностью или в значитель­ ной его части, а иабрызгбетои — в качестве упрочняю­ щего и изолирующего покрытия.

В соответствии с указанным, расчет комбинирован­ ной крепи следует выполнять в такой последователь­ ности.

Вначале определяются параметры штанговой крепи по методике, изложенной ранее, при этом необходимо стремиться к восприятию нагрузки, развиваемой пород­ ным массивом на крепь с помощью штанговой крепи.

При невозможности восприятия с помощью заштаигованного породного слоя всей нагрузки толщину набрызгбетонной крепи следует рассчитывать на несущую способность, равную разности р—р', по формуле

( 101)

где [а] — допускаемое расчетное напряжение иабрызгбетона при сжатии, кгс/см2; р — нагрузка па породный ци­ линдрический слой, закрепленный штангами, опреде­ ленная по формуле (70) или (71);// — несущая способ­ ность конструкции крепь — порода (породного заштангованного цилиндрического слоя), определенная по формуле (74).

В результате часть горного давления, не погашен­

нимальное сцепление 4 кгс/см2; минимальный размер породного бло­ ка 0,7 м; объемная масса 2,5 т/м3.

138

Определить параметры комбинированной крепи из штанг и

гами, определим из (74), причем г' принимаем равным 0,3 м. Тогда

\Я» + К )

=2,45 кгс/см3.

4.Толщина крепи из набрызгбетоиа марки 200 определится из выражения (10-1)

В данном случае толщину слоя набрызгбетоиа можно считать приемлемой. При значительной толщине слоя набрызгбетоиа сле­ дует поступать таким образом: либо принять более высокую марку набрызгбетоиа с тем, чтобы его толщину снизить, либо в соответст­ вии с и. 3, 4 и 5 примера 5 рассчитать параметры штанговой крепи таким образом, чтобы с ее помощью полностью воспринять нагруз­ ку со стороны породного массива, а набрызгбетон использовать в качестве изоляционного покрытия толщиной 2—4 см.

Глава V

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ОБЛЕГЧЕННЫХ КРЕПЕЙ

§ 1. Оконтуривание выработок

Общие сведения. Ровная боковая поверхность, не­ значительные различия сечений фактического в проходке и проектного вчерне, минимальные разрушения приконтурного массива — условия точности расчета и на­ дежной работы облегченных крепей, прочного закреп-

139