книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений
..pdfлическую, бетонную и тюбинговую крепи.
На третьем этапе производится выбор крепи усиления в зависимости от принятой базовой крепи регулируемого со противления. Крепь усиления должна удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: обеспечение устойчивости выработки при наименее благоприятных геомеханических условиях по ее длине (кривая Umax = f(p) на
рис. 4.11) и сочетаемость с базовой крепью по условиям со вместной работы и технологичности возведения. Причем, варианты усиления могут быть использованы как раздельно, так и в совокупности.
Выбор параметров крепи усиления производится следую щим образом. Начало координат переносится в выбранную
на предыдущем этапе точку аз. По оси смещений U откла дываются предельные смещения для возможных вариантов усиления Ub|, а по оси Р' - соответствующие им несущие
способности РЬ|. Выбор окончательного варианта крепи уси ления производится аналогично тому, как это делается при выборе базовой крепи, т. е. подбирается точка bj, наиболее близко расположенная сверху к кривой Umu = f(р). Приме нительно к рис. 4.11 такой точкой является Ьз.
Одним из важнейших геомеханических и технологиче ских параметров КРС является время установки крепи уси ления, зависящее от интенсивности и конечной ожидаемой величины смещений породного контура выработки, а также несущей способности и податливости, установленной в вы работке базовой крепи.
Естественно, базовая крепь влияет на величину смещений контура выработки, работая с вмещающим выработку по родным массивом в режиме взаимовлияющей деформации. Исходя из этого, был выполнен корреляционный анализ за висимости времени установки крепи усиления от отношения ожидаемых конечных смещений кровли горной выработки UKp к максимальным смещениям кровли выработки при ее
закреплении базовой конструкцией крепи U* В результате бцла получена следующая степенная зависимость:
т =
4vr
(4.22)
где:
Ukожидаемые конечные смещения кровли горной вы работки, мм;
U*- максимальные смещения кровли выработки при ее закреплении базовой крепью, мм.
Полученная зависимость (4.22) позволяет определять в за висимости от реализовавшейся части смещений кровли вы работки ориентировочное время установки крепи усиления. На последнем этапе определяется величина сигнальных смещений и д для базовой крепи. Этот вопрос является од
ним из важнейших при проектировании строительства вы работок с КРС, поэтому остановимся на нем более подробно. Необходимо выделить две составляющие этого вопроса выбор устройства для контроля за величиной сигнальных смещений и собственно разработка методики их определе ния на стадии проектирования строительства горной выра ботки.
Очень подробно и обстоятельно различные методы измере ния смещений кровли и боков горной выработки, а также деформаций вмещающего массива горных пород рассмотре ны в работе В.С. Ямщикова и др. [22].
В данном случае прибор для контроля сигнальных смеще ний должен быть надежным и простым, нетрудоемким в ус тановке, а также не загромождать полезное пространство горной выработки. Такое устройство разработано в МГТУ [40]. Конструктивная схема устройства представлена ца рИС. 4.12. За его основу принят глубинный репер 1, по конструк ции - распорный. Принимая во внимание угол наклона шпу ра, его глубину и глубину установки устройства, по конст рукции можно использовать клиновые, клинощелевые и пружинные реперы. В кровле выработки крепится цоколь, состоящий из распорной втулки 2 , распирающей м у ф ^ 3 опорной пластины 4 и гайки 5. Штанга 6, жестко закреплен ная на глубинном репере и оснащенная мерной рейкой 7, 282
Рис. 4.14. Датчнк-снг- ншшзятор СДК-45
I - концевик анкера; 2- захват; 3 - винт устано вочный; 4 - винт; 5 - груз; 6 - пружина; 7 - корпус; 8 - стакан; 9 - распорка; 10 - корпус; II - винт; 12 - пробка электроконтактная
противном случае невозможно произвести расклинку датчика в шпуре.
В общем случае установка датчиков в кровлю выработки осуществляется сле дующим образом. В кровлю на требуе мую глубину бурится шпур диаметром 42 мм. Шпур бурится вертикально вверх, допустимое отклонение шпура от верти кальной оси составляет ±10°. В шпур вводится штанга с глубинным репером распорного типа на конце и ударами мо лотка по выступающей части штанги раскрепляется в шпуре. Далее производится установка нижнего цоколя: распорная втулка вместе с распорной муфтой, опорной пластиной и гайкой в последовательности, показанной на рис. 4.13, надеваются на выступающий конец штанги, вводятся в устье шпура и натяжением гайки раскрепляются в нем.
Затем на выступающий конец штанги надеваются шайба и обжимное резиновое кольцо. В процессе деформирования породного массива смещения цоколя в устье шпура будут больше смещений глубинного репера, расположенного в донной части шпура. Вследствие этого обжимное кольцо будет перемещаться по мерной рейке, жестко связанной со штангой. Регистрация сигнальных смещений производится визуально по обжимным кольцам двумя способами. При первом способе после установки датчиков от нижней плоскости обжимного кольца на мерной рейке откладывается величина сигнальных смещений U„ и нижняя часть рейки по
этой отметке обрезается. В этом случае о реализации сигнальных смещений
свидетельствует отсутствие обжимного кольца на мерной рейке, которое после прохождения пути, равного U„, по
мерной рейке падает на почву выработки. В данном случае контроль за датчиком осуществляется сменным надзором участка.
При втором способе после установки датчика замеряется расстояние 1 от нижней части обжимного кольца до конца мерной рейки и заносится в журнал наблюдений. Затем че рез определенные промежутки времени (в первый месяц после установки датчика - еженедельно, в дальнейшем дважды в месяц) производятся замеры расстояния между нижней частью обжимного кольца и концом мерной рейки А1. Искомые смещения U будут составлять 1 - Д1, при U ^ и д
необходимо производить усиление крепи. Замеры произво дятся до тех пор, пока замеряемая величина AI не будет ос таваться постоянной в течение трех замеров подряд, что свидетельствует о стабилизации смещений контура выра ботки. В этом случае контроль за датчиками осуществляется или маркшейдерской службой, или сменным надзором уча стка.
По длине выработки датчики при максимальных смеще ниях кровли выработки устанавливаются на следующем рас стоянии друг от друга: при UmaI< 100 мм - через 50 м; Uraax
100 - 200 мм через 25 м; Umai 200 - 500 мм через 10 м; Umax > 500 мм - через 5 м.
Величина сигнальных смещений UA представляет собой уменьшенное на некоторую, устанавливаемую эксперимен тально величину, допускаемое смещение базовой Крепи с соответствующей ей предельной несущей способностью. В общем случае UAопределяется из выражения:
UA=Unp-AU; |
(4.25) |
где:
U„p - предельно допустимое смещение базовой крепи, мм (определяется конструкцией крепи);
AU - величина смещений породного контура выработки, реализующихся за время от срабатывания датчика до мо мента ввода в работу крепи усиления.
AU = v cyr-tk ; |
(4.26) |
где:
Усут - суточная скорость развития смещений, мм/сутки;
tk время, необходимое для возведения и включения в
работу выбранного варианта крепи усиления, сутки. Шахтными инструментальными наблюдениями за смеще
ниями породного контура капитальных выработок, прове денными автором и другими исследователями [21, 29, 35], установлено, что они в среднем стабилизируются через 90 - 120 суток после проведения выработки. За это время реали зуется основная часть смещений породного контура. Учиты вая, что со временем скорость смещений контура выработок затухает, то с некоторым запасом можно принять:
(4.27)
100
где:
U*- максимальное расчетное смещение кровли выработ ки, закрепленной базовой крепью, определяемое графически (рис. 4.11), как соответствующее точке пересечения несущей способности базовой крепи С кривой Umax= f(P).
В общем виде:
Un =Un |
и |
*к |
(4.28) |
|
100 |
||||
|
|
|||
Однако для практических целей формулу 4.28, несмотря на ее простоту, использовать затруднительно по следующим основным причинам:
• в настоящее время отсутствуют достаточно надежные данные о предельных допустимых значениях смеще ний крепи Unp, в особенности, для комбинированных
конструкций;
конструкции датчиков-сигнализаторов показывают не смещения породного контура выработай, а разницу в смещениях породного массива на контуре выработки и точки массива на расстоянии от контура равном длине датчика (между его раскрепленными в шпуре частями).
Схема, иллюстрирующая это положение, представлена на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Схема к определению сигнальных смещений
Если настроить датчик на величину Unp = Uk , то его по
казания не будут соответствовать критическим смещениям базовой крепи, так как датчик длиной 0,5 м будет показы вать разницу в смещениях между контуром выработки Uk и смещениями массива на глубине 0,5 м U0(5, т.е. UA= Uk - U05- а эта величина естественно меньше Unp = Uk . Поэтому при
реализации смещений Uk и даже при разрушение крепи
288
датчик, настроенный на величину Unp = Uk, не сработает,
так как регистрируемые им смещения будут меньше на ве личину Uo,5-
Для определения действительной величины смещений, на которую должны настраиваться датчики-сигнализаторы, был проведен анализ результатов наблюдений за смещениями породного массива вокруг горных выработок. При этом бы ли исследованы как данные, полученные автором, так и ре зультаты измерений, приведенные другими исследователями [21, 28, 35). Для определения величины сигнальных смеще ний принимается, что каждому значению смещения контура выработки соответствует соответствующее значение смеще ний в определенной точке массива, а разница между ними является той величиной, на которую необходимо настраи вать датчики-сигнализаторы.
Так как закономерности уменьшения смещений породно го массива с удалением от контура выработки различны при буровзрывном и комбайновым способах проходки, то вели чины смещений, на которые настраиваются датчикисигнализаторы, будут разными для каждого способа прове дения.
Наименее трудоемким в установке является датчик, обла дающий минимальной длиной, а с позиций геомеханики наиболее надежен датчик, замок которого укреплен в шпуре на расстоянии 8 -10 м от контура выработки, то есть в той части массива, в которой смещения практически отсутству ют. Однако в этом случае необходимо бурить шпуры на ука занную глубину, в связи с чем, резко возрастает трудоем кость установки датчика. Поэтому при корреляционном ана лизе исследовалась разница в величинах смещений точек Массива на глубинах 0,5 м, 1,5 м, 2,0 м и 3,0 м, то есть на таких глубинах, на которые можно пробурить шпуры, ис пользуя серийное буровое оборудование. Результаты корре ляционного анализа для глубины 3,0 м не приводятся, так как связь между параметрами была малодостоверной.
Для получения зависимостей между Uk и uj*5, uj,*5, u j’°
бш использован метод корреляционного анализа. Здесь
- величина сигнальных смещений, на которые надо настраи вать датчики при их длине 0,5 м, 1,5 и 2,0 м соответственно.
В результате были получены следующие корреляционные зависимости для определения величин сигнальных смещений
вфункции от смещений контура выработки:
•для буровзрывного способа проходки:
-при длине датчика М),5 м
и®-5 =-0,0003112 +0,3734Uk -4,0; |
(4.29) |
- при длине датчика 1=1,5 м
Uj-5 =-0,0009Uj +l,09Uh -11,0; |
(4.30) |
•для комбайнового способа проходки:
-при длине датчика 1=0,5 м
Uj-5 =ll+04276U k; |
(4.31) |
- при длине датчика 1=2,0 м
ujj’®= -2 + 0,482Uk ; |
(4.32) |
Для полученных зависимостей коэффициент корреляции составил 0,81 - 0,89.
Полученные зависимости имеют высокие статистические показатели, что свидетельствует о тесной и достоверной свят зи между исследуемыми параметрами. Максимальное откло нение вычисленных по формулам 4.29 - 4.32 значений UA от
фактических составило 13 мм, что позволяет с высокой сте пенью надежности определить величины смещений, на ко торые необходимо настраивать датчики-сигнализаторы в зависимости от предельно допустимых смещений крепи.
290