Файл: Кравченко Г.И. Облегченные крепи вертикальных выработок.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.06.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 0
Г. И. КРАВЧЕНКО
Облегченные
крепи
вертикальных
выработок
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»
М о с к в а 1974
УДК 622.281.424 (4 1 9§.2)‘+622:283.74
. |
. |
о , ,, |
/ / / Q 3
Кравченко Г. И. Облегченные крепи вертикальных выработок. М., «Недра», 1974, 208 с.
В книге обобщен опыт и определена область применения облег ченных крепей в вертикальных выработках, дан анализ физических явлений в породном массиве при его закреплении штангами раз личных типов. Изложены особенности технологии возведения иабрызгбетонной крепи в вертикальных выработках. Приведены ме тодика выбора параметров штанговой крепи, способы расчета об-, легченных крепей, учитывающие взаимодействие пород и крепи,
рассмотрены результаты |
исследований |
и технологические решения |
|
по армированию, выбору |
оптимальных |
параметров |
и организации |
буровзрывных работ в |
стволах, закрепляемых |
облегченными |
крепями.
Книга предназначена для инженеров горных предприятий, работ ников научно-исследовательских и проектно-конструкторских ор ганизаций.
Таблиц 36, иллюстраций 77, список литературы— 107 назв.
к ----------------30701-103 362—73 |
© Издательство «Недра», 1974 |
043(01)—74
л
ВВЕДЕНИЕ
Разработка месторождений полезных ископаемых связана с большим объемом проходки вертикальных выработок. В горнодобывающей промышленности в по следнее десятилетие ежегодно сооружают около 30 тыс. м вертикальных стволов.
Сооружение вертикальных стволов является наибо лее сложным звеном в строительстве шахт и рудников. Продолжительность сооружения стволов шахт в зависи мости от глубины и горногеологических условий зани мает от 30 до 50% общего времени строительства шах ты. Затраты на сооружение ствола составляют 1/3 об щих затрат на строительство горного предприятия.
Стоимость крепления вертикального ствола состав ляет 40—60% стоимости его сооружения в зависимости от диаметра, материала и толщины крепи. Анализ стои мости крепления стволов различными видами крепи (бе тоном, железобетонными и бетонными тюбингами) пока
зывает, что заработная плата |
составляет |
13—15%, а |
|
стоимость |
материалов и полуфабрикатов |
(бетона, ра |
|
створа |
и тюбингов)— 87—85% общей |
стоимости |
|
крепления ствола. |
стоимости крепления, во- |
||
Таким |
образом, снижение |
первых, является значительным резервом удешевления сооружения стволов и, во-вторых, может быть обеспече но в основном за счет сокращения расхода материалов и полуфабрикатов, применяемых при возведении крепи. Последнее достигается обоснованным уменьшением тол щины или применением новых материалов крепи и спо собов повышения устойчивости выработок.
В СССР и за рубежом для крепления горизонталь ных выработок широко применяют облегченные крепи — штанговую, набрызгбетонную и комбинированную на их основе. В последние годы в нашей стране выполнены исследования по применению облегченных крепей также
3
и в вертикальных выработках (ВостНИГРИ, Пермский политехнический институт, ВНИМИ, Московский геоло горазведочный институт, УНИПромедь). На некоторых предприятиях горнорудной (в Горной Шории, на Урале, в Крпвбассе, Средней Азии и других районах) и уголь ной (в Донбассе, Челябинском бассейне) промышлен ности производили опытное и промышленное крепление вертикальных выработок указанными видами крепи.
В течение многих лет автором систематически выпол нялись работы по изучению взаимодействия облегчен ных крепей с породами. В настоящей работе сделана попытка обобщить практический опыт и результаты ра бот автора и других исследователей, проанализированы перспективы применения облегченных крепей в специфи ческих условиях сооружения вертикальных выработок.
Автор признателен профессорам, заслуженным деяте лям науки и техники РСФСР Б. В. Бокию и Н. М. По кровскому, кандидатам технических наук И. Н. Кацаурову, О. В. Тимофееву, В. Л. Водопьянову, А. М. Козелу, чьи советы и замечания использованы при подготовке рукописи к печати.
Глава I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЛЕГЧЕННЫХ КРЕПЯХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК
§ 1. Исходные положения
Широко применяемая в настоящее время на рудни ках и шахтах горнодобывающей промышленности набрызгбетонная крепь по характеру работы может нести функции как изолирующей, так и грузонесущей конст рукции. Однако методы расчета параметров грузонесу щей набрызгбетонной крепи все от е нельзя считать со вершенными.
Экспериментальными исследованиями выявлены осо бенности взаимодействия набрызгбетонной крепи с по родами, принципиально отличающие ее от других видов крепи.
Представления о работе штанговой и набрызгбетон ной крепей сейчас оформились в несколько гипотез, от носящихся к горизонтальным выработкам. Гипотезы и базирующиеся на них расчетные схемы, как правило, со стоят из положений, касающихся: а) механизма совме стной работы крепи и породы; б) несущей способности крепи; в) проявлений горного давления (размер зоны неупругих деформаций, скорость и величина перемеще ний пород, нагрузка иа крепь).
Наиболее существенные особенности взаимодействия штанг и набрызгбетона с породой одинаковы для выра боток любых форм поперечного сечения и положения в пространстве. Поэтому для исследования работы штанг и набрызгбетона в вертикальных выработках можно ис пользовать соответствующие положения гипотез для горизонтальных выработок. Особый интерес представ ляют их аналитическая проработка и эксперименталь ная проверка, использование в расчетных схемах пока
5
зателей, количественно характеризующих взаимодейст вие крепи и породы.
Успешность применения облегченных крепей в верти кальной выработке зависит от напряженно-деформиро ванного состояния пород вокруг нее, устойчивости и рельефа их обнажения, нагрузок иа крепь и воздействия выветривания, гидрогеологических условий. Перечислен ным вопросам посвящены работы [12, 30, 50 и др.], ре зультаты которых иногда противоречивы. Для анализа взаимодействия пород с облегченными крепями и опре деления параметров последних необходимо располагать фактическими значениями показателей, характеризую щих указанные факторы. Поэтому для анализа работы или расчета облегченных крепей предпочтительны ре зультаты или натурных наблюдений, или теоретических
исследований, обеспечивающих |
сходимость |
расчетных |
|||||
и наблюдаемых значений показателей. |
|
|
|||||
|
§ 2. Принципы работы |
крепи |
|
|
|||
Штанговая крепь. По характеру воздействия на по |
|||||||
роду |
штанги можно разделить |
иа три группы (рис. 1): |
|||||
1) |
н а п р я д а ю щ и е |
(натяжные) |
(рис. 1, |
а), |
уста |
||
навливаемые с начальным натяжением и с |
закрепле |
||||||
нием в скважине только замка |
(штанги с замками кли |
||||||
новыми, распорными, |
взрыворасширяющнмпся, |
бетон |
|||||
ными и т. д.); |
(рис. 1, |
б), устанавливаемые без |
|||||
2) |
к о н т а к т н ы е |
||||||
начального натяжения |
и имеющие контакт (сцепление) |
||||||
с породой по всей длине |
скважины |
(железобетонные, |
|||||
сталеполимерные, винтовые и др.); |
|
|
|
||||
3) |
к о м б и и и р о в а и н ы е |
(рис. 1, в), устанавливае |
|||||
мые |
с начальным натяжением |
в скважины, |
заполняе |
мые до или после установки стержней бетоном, смолой и т. п.
Сейчас широко применяют напрягающие и контакт ные штанги, комбинированные — значительно реже, в основном в опытных целях; из контактных штанг наи более распространены железобетонные.
Основные параметры штанговой крепи, определяе мые расчетами или опытным путем — длина, сетка раз мещения штанг, сопротивление стержня разрыву и иног да срезу, а для напрягающих и комбинированных штанг,
6
кроме того, несущая способность замка и начальное на тяжение.
Штанги в первую очередь должны предотвращать расслоение пород, сохранять их монолитность. Этому требованию в большей мере отвечают штанги с жесткой характеристикой, т.е. с наименьшим смещением при на гружении (рис. 2): штанга с характеристикой 1 предпоч тительнее штанг с характеристиками 2 и 3, штанга с
Рис. |
1. |
Схема взаимодействия штанг с породой: |
|
|||
1 — штанга; |
2 — место |
контакта штанги с породой; |
3 — изолинии |
напряжений, |
||
|
|
вызванных |
натяжением штанги Р |
|
||
характеристикой |
4 предпочтительнее |
штанг с |
характе |
|||
ристиками |
/, 2 |
и 5 в |
диапазоне |
нагрузок |
до Р4 и |
уступает им при более высоких. Под несущей способ ностью штанг понимают максимальные выдерживаемые ими усилия нагружения Pi, Р2, Ръ и Р4.
Конструкция и основные параметры, наряду с други ми показателями (взрывоустойчивость, противокорро зионная стойкость, время восприятия нагрузки и т. д.), определяют физическую сущность упрочняющего влия ния на породу, работоспособность штанговой крепи. Под работоспособностью понимают способность штанг выполнять свои функции в конкретных горно-геологиче ских и горнотехнических условиях в течение всего срока службы.
Гипотезы работы и расчетные схемы. Согласно наи более ранней гипотезе штанги прикрепляют (подвеши вают) находящуюся в зоне возможного обрушения поро ду к более прочной и устойчивой в глубине приконтурного массива породе (рис. 3, а и б). Параметры крепи определяются размерами области возможного обруше-
7
ния (зоны неупругих деформации, вывала, отслоения) и весом заключенных в ней пород. Такая расчетная схема пригодна для малых размеров зоны обрушения (обычно
до 1,5—2 м). |
|
|
|
|
|
|
По другой гипотезе, из закрепленных |
штангами |
по- |
||||
род формируется |
несущая |
юэнструкция (балка, |
арка, |
|||
|
|
свод), способная восприни |
||||
|
|
мать |
нагрузку |
(рис. |
3, |
в). |
|
|
Вид конструкции определя |
||||
|
|
ется |
формой |
поперечного |
||
|
|
сечения выработки, а пара |
||||
|
|
метры |
крепи — размерами |
|||
|
|
выработки, физико-механи- |
||||
|
|
ческими свойствами и строе |
||||
|
|
нием пород, величиной и ви |
||||
|
|
дом возникающих в них на |
||||
|
|
пряжений. Штанги воздей |
||||
|
|
ствуют упрочняюще на си |
||||
|
|
стему |
штанги — порода |
за |
||
Рис. 2. Зависимости смещения |
счет уменьшения расслоения |
|||||
штанги от нагрузки |
Р на нее |
и перемещения пород,сохра- |
Рис. 3. Работа штанг в вертикальной выработке:
1 — зоны неупругнх деформации; 2 — упругая зона
нения сцепления и повышения трения, сопротивляемо сти сдвигу, сжатию.
В соответствии1с третьей гипотезой штанги, сжимая породы, уменьшают в их ближайших к контуру слоях растягивающие напряжения. Возможности уменьшения в породах опасных напряжений, создания более благо приятной картины их распределения вокруг выработки с помощью штанг показаны в работах [35, 100, 103].
8