книги из ГПНТБ / Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов

угольный пласт при пересечении пласта за один прием

(рис. 43, а ) .

При этом

д л я удобства будем рассматривать условие

сдвижения

в сторону

ствола не всего блока угля, а элемента,

равного по

ширине

диаметру

ствола,

по

высоте — мощности

пласта.

Д л я

того

чтобы

выпол-

а

нить

условие

равновесия

массива,

нужно

приложить

дополнительную

противо­

действующую

силу,

равную

разности

действующих

сил.

Эта

дополнительная

сила

при

установке

каркасной

крепи

воспринимается

стержнями

крепи.

Расчет

стержней крепи можно про­

Расчетная схема

вести

по

схеме,

показанной

на

рис. 43, а.

Тогда

из

[58]

имеем

Ah max

5 < а б

(1.61)

3 8 4 £ г г /

где

ДАшах — величина

мак­

Расчетная схема

симально

допу­

Я

стимого

проги­

т ш

Ъ

С

ба

стержня

крепи,

см;

<7 — величина

рав­

номерной

на­

грузки на

стер­

жень,

кгс/см;

раб

•длина

рабочей

Рис.

43.

Схемы

расположения

стержней

части

стержня,

каркасной крепи

и

действующих

сил при

см;

вскрытии

пологого

тонкого

пласта

(а), Я

F

_ модуль

упру­

при пересечении мощного пласта

(б)

гости

материа ­

л а

стержня,

кгс/см2 ;

/ — момент инерции стержня, см 4 .

Величину

Д / г т

а х

можно

принять

из

условия

величины деформа ­

ций упругого восстановления, которая может

быть в ы р а ж е н а

сле­

дующим

образом

Д Й т і Х

=

10,015,

(1.62)

где

L — ширина рассматриваемой

выработки

(блока

у г л я ) .

С другой стороны,

величина

4 = dcn(P„

—

Ртр)>Т

(1.63)

где

иске — диаметр

скважины

под каркасный

стержень;

Рдв — с о с т а в л я ю щ а я

удельных

сдвигающих

усилий,

р а в н а я

сумме удельной силы, обусловленной горным давле ­

Ртѵ

нием уН,

H давления

газа рг;

— у д е л ь н а я

сила

трения

сдвижению

блока угля,

/ ' T p

= /C +

a 1 tgp ,

(1.64)

где

К — коэффициент сцепления

угля;

сті — величина

нормальных

напряжений

в рассматриваемой

точке

пласта;

р — у г о л

внутреннего трения

угля.

Используя (1.62—1.64), можно определить

момент

инерции

стержня,

а следовательно,

и допустимый его

диаметр .

j

5rfC K D (Рдп

Р.г р ) / р а б

~

3 8 4 £ с т . Д Л т а х т і

'

где

т) = і]іт]2 — коэффициент,

учитывающий

железобетонную кон­

струкцию

стержня

(г)і = 1,25)

и

наличие

сцепления

стержня

с угольным массивом

( г ) 2 = 1 , 2 ) ,

т. е. п =

1,2 • 1,25=1,5.

Величина удельной

силы, обусловленной

горным давлением,'оп ­

ными уИ. Н а п р я ж е н и я ж е

после

взятия

очередной

заходки

нахо­

дятся как напряжения впереди забоя выработки в пределах

обла­

сти предельно - напряженного

состояния

о, =

і £ Ч е " - 1 ) ,

(1.66)

где

X—расстояние

от

борта

ствола до

стержней каркасной кре­

пи, м;

Ѵ =

! ± £ І П £ ;

A = = ^ ç o i p _ j

( I 6 7 )

1 — cos p

1 — sin p

p — у г о л

внутреннего

трения, град;

ц^ЫІХ;

^

( 1 .68)

ftp — коэффициент трения

по почве и кровле

пласта;

П и 5 — периметр

и п л о щ а д ь

сечения

смещающейся части мас­

сива.

о 1

= / ( ѵ е ф \

(1.69)

Тогда

РуН=уН-аг.

.

(1.70)

Величину давления

газа

принимаем

равной

пластовой

исходя

из

наихудших условий, когда

блок угля уж е

отделился от мас-

принято считать, что «давление газа действует только

на откры­

тые части структурных элементов угля, составляющих

примерно

пластка

( т = 0,5;

0,7;

1,0; 1,5 м) ,

различного

давления

газа

(рѵ=

= 10; 20; 30 и

40

кг/см 2 )

и

глубин

залегания Я = 300;

400;

500 и

600 м, при диаметре ствола

в проходке 8 м. Д л я

упрощения

при­

мем угол з а л о ж е н и я стержней крепи равным углу залегания

пла­

ста, т. е. случай, когда

длина рабочей

части

стержней

равна

мощ­

ности пласта.

Используя

данные

В о с т Н И И

по

физико-механическим

свойст­

вам углей

Кузбасса,

можно

принять:

К=\

кгс/см2 ,

р = 11 °

(при

/ п : 1

= 0,3);

/<=5

кгс/см2 ,

р = 20°

(при

fn ., = 0,5);

К=\,Ъ кгс/см2 ,

р = 25° (при

/ Г І Л

= 0,7);

/ ( = 2 5

кгс/см2 ,

р = 30°

(при

/ п л = 1 ) .

С учетом ослабления массива от взрывных работ можно запи­

сать и для а,- или ai'.

=

£

) .

fl.71)

где

о0,-,

1 — напряжения

в

массиве,

не нарушенном

взрывными

работами .

Используя

данные

гл. I I

раздела

I дл я точки,

расположенной

от борта

ствола

на 1 м, имеем

о-Г і 1

= 0,32о-о , .

(1.72)

Результаты

расчетов

величины

удельных

сил сдвижения

блока -

зуя данные табл . 28 можно рассчитать минимально

допустимый

диаметр стержней каркасной крепи для

различных

условий ее

применения (табл. 29).

Число стержней крепи может быть рассчитано из условия

рав­

новесия системы

крепь — угольный

массив, которое

записывается

в виде

АР = gin + SC M

[<т]с м + 5 с р

[ т ] с р ,

(1.73)

где

АР — сила,

в ы з ы в а ю щ а я

смещение

блока

угля в

выра­

ботку;

q — удельная сила

(кгс/см),

необходимая

для изгиба од­

ного

стержня

на допустимую

величину

прогиба;

Т а б л и ц а

28

Радиаль­

Вертикаль­

Удельная

сила

сдвижения (кгс/см2 )',

Коэффи­

Коэффи­

ная состав­ ная состав­

Удельная

циент

кре­

ляющая

ляющая

сила тре­

обусловленная давлением

пород

циент

на глубине, м

пости

угляі

напряже­

напряже ­

ния,

/

Ф

ний .

нии,

кгс/см 2

кгс/см 2

кгс/см 2

300

400

500

600

М о щ н о с т ь

п л а с т а

0,5

0,3

0,0200

1,5

5,8

2,2

73,5

98,5

123,5

148,5

0,5

0,0240

12,0

52,5

23,7

63,0

88,0

113,0

138,0

0,7

0,0270

35,0

150,0

79,0

40,0

65,0

90,0

115,0

1,0

0,029

120,0

505,0

316,0

—

—

5,0

30,0

М о щ н о с т ь

п л а с т а

0,7

м

0,3

0,0910

0,8

1,9

1,4

74,2 к

99,2

124,2

149,2

0,5

0,0127

5,7

16,3

10,9

69,3

94,3

119,3

144,3

0,7

0,0155

15,0

47,5

32,2

60,0

85,0

110,0

135,0

1,0

0,0186

50,0

175,0

126,0

25,0

50,0

75,0

100,0

М о щ н о с т ь п л а с т а 1 м

0,3

0,0067

0,5

1,5

1,3

74,5

99,5

124,5

149,5

0,5

0,0091

3,4

11,3

9,1

7,16

96,6

121,6

146,6

0,7

0,0110

8,2

30,2

24,2

66,8

91,8

116,8

141,8

1,0,

0,0135

26,4

107,0

88,7

48,6

73,6

98,8

123,6

М о щ н о с т ь

п л а с т а

1,5

м

0,3

0,0046

0,3

1,2

1,2

74,7

99,7

124,7

149,7

0,5

0,0063

2,0

8,6

8,1

73,0

98,0

123,0

148,0

0,7

0,0078

4,8

22,0

20,0

70,2

95,2

120,2

145,2

1,0

0,0093

14,2

70,4

65,8

60,8

85,8

110,8

135,8

п

— число стержней;

•SCM — площадь смятия

угля

под стержнями

крепи;

[с] см — предел прочности

угля

на смятие;

5С р

— п л о щ а д ь среза

угля стержнями

крепи;

М е р

— прочность угля на срез.

Величина

AP = (PyH+pT)S6jl-PrpSTp,

(1.74)

где 5бл и S T P — площадь

рассматриваемого

блока

угля и вели­

чина поверхности его смещения.

Продолжение

табл. 29

Глубина

Коэффициент

Минимальный диаметр стержней (см) при

давлении

газа,

кгс/см-

залегания

крепости

пласта, м

угля /

1 0

20

30

4 0

П о д с т а в ив (1.74), (1.75)

и (1.76)

в (1.73)

и определив из

( I . 63) имеем

{Рун

Рг) ^ б л

(1.77)

3 8 4 Е с т / Д / г т а х

•Ц + dl [а]см

+ 2 / Д Л т а х

[ т ] с р

5/3

Число стержней на 1 м по периметру

ствола

п

(1.78)

п

= ~8~ '

Д л я

облегчения практических

расчетов

числа

стержней

при

заданном

их

диаметре

или,

наоборот, определения

диаметра

стержней при определенном их числе может

быть

применен

сле­

дующий

прием.

Как

видно

из формулы

(1.77) и с учетом

(1.78),

число стерж­

ней может

быть в ы р а ж е н о

зависимостью

гі

= -у

,

(1.79)

где

Л =

/ (т,

/пл,

Н,

рТ),

(1.80)

I

— как и ранее,

момент

инерции

стержня, равный

— ^ ,

см 4 .

ня, по формулам

(1.77 и

Г. 79) определяют величину

п' и А дл я

различных

условий

(табл.

30).

Д а н н ы е

табл .

30

с л у ж а т основой для нахождения

эмпириче­

эмпирических

формул (метод средних) с последующим улучше­

нием методом

последовательных приближений,

имеем

Л =

(0,75 + і , з . 10-2р г ) (210 + 0.48Я)

X

X (1 — 0 , 9 7 / п л ) / п < ^ 2 + ' . 8 - 1 о - з я ) ,

(1.81)

для 0 , 3 ^ / п л <

1,0.

при корреляционном отношении, равном 0,695.

Д л и н а части

стержня, заделанного в угольный массив (или

балки, защемленной одним концом и нагруженной равномерно

рас­

пределенными нагрузками интенсивностью q и

q\. Н а г р у з к а q

оп­

ределяется с учетом (1.73) из

в ы р а ж е н и я

Ч—Цг-

(1-82)

п I

Н а г р у з к а 171

определяется

величиной

сил,

необходимых

для

смятия и среза

в контуре cdd'c' (рис.

44,6) .

Силами, необходи-

мыми д л я смятия угля в контуре

cbc', можно

пренебречь ввиду

незначительности сил сцепления в прикоитурной

части массива

7i = d [ a ] c M +

2 [ T ] c p .

(1.83)

too

à/

\ й

Si

V

V х

sMV

> гоо

Ni

0,k

0,8

1,2

1,6

0,2

0,6

1,0

Мощность

пласта,M

^800

a

"5 600

wo

A Y

гоо

-14

о

го

за

«о,

too

l

soo

700

w

soo

Давление

газа, кгс/см2

Глубина от

поверхности,*

Рис. 44. Графики зависимости условной расчетной ве­

личины А от мощности пласта

(а), крепости

угля

(б),

давления газа в

пласте

(s) и

глубины

от'поверхно­

сти (г )

где Omas. — наибольшее

нормальное

н а п р я ж е н и е

для материала

стержня;

Мтах — наибольший

изгибающий момент;

W — осевой момент сопротивления

сечения

стержня .

И з условия равновесия

стержня,

нагруженного

по

схеме, пока­

занной'на рис. 43, б,

имеем

^гаах

<7і

(k