Файл: Кравченко Г.И. Облегченные крепи вертикальных выработок.pdf

с пластическим характером разрушения (песчанистые и углистые сланцы, известняки средней крепости и т. д.) tj= 0,7-n0,5 [77, 100]. Коэффициент размягчаемое™ при­ ближенно равен: для кварцевых песчаников 0,94—0,96; для глинистых сланцев 0,45—0,6; для известняков 0,15— 0,5 [77]. При проведении выработок в монолитных прочных необводненных породах можно применять в расчетах аСж-

Согласно [50, 65] радиус зоны неупругих деформа­ ций можно определить из

Осж и Ор — пределы прочности соответственно при одно­ осном сжатии и растяжении; г)— угол внутреннего тре­ ния; И — глубина ствола; у'— объемная масса породы; Р — реакция крепи; /?, — радиус выработки.

При установке крепи после образования зоны иеупругих деформаций следует определять предельные размеры

Ширина области неупругих деформаций вдолях от радиуса ствола в проходке, подсчитанная для некоторых условий И. Н. Кацауровым, приведена в табл. 20.

При пересечении стволами прочных, но трещинова­ тых пород, не склонных к пластическому течению и

ПО

ползучести, радиус зоны ослабления связей между структурными элементами массива в соответствии с [11] определяется из

(61)

где c — сцепление по контактам трещин.

Размер зоны ослабления определится из bL= R0с—R\- Физико-механические свойства разрушенных пород зоны неупругих деформаций определить сложно: куски различных размеров сохраняют между собой связи раз­ личной интенсивности. Сцепление по контактам крупных трещин составляет 10,5 кгс/см2, по контактам мелких — 58,1 кгс/см2, в то время как коэффициент сцепления в «куске» — 450 кгс/см2 при стсж = 2109 кгс/см2 [17]. По­ роды можно уподобить кладке из камней, плотно подогнанных друг к другу, уложенных без раствора (отсутствие сцепления) или на растворе определенной

марки (наличие сцепления).

При расчете конструкций из элементов, соединенных между собой, необходим учет прочности элементов и связей между ними (в данном случае — сцепления между отдельными блоками). Приближенно [аСш1 неко­

111

торых пород прикоптуриого массива можно принять в соответствии с данными табл. fj. Сцепление по контак­ там наиболее крупных трещин определяется эксперимен­ тами, при невозможности проведения последних его можно принять равным 2—3% прочности на срез образ­ цов соответствующих пород [17].

§ 2. Расчеты параметров штанговой крепи

Влияние штанговой крепи на критическую глубину можно оценить с помощью статистического метода рас­ чета [5, 83], суть которого в определении вероятности разрушения пород контура выработки, выражаемой уравнением

д/*

где Ф (Д )— интеграл Лапласа; А — характеристика безопасности, определяемая из выражения

(7ся,- и С70 — соответственно средние значения предела прочности пород и напряжений па контуре; асж —

— ст0 > 0 — условие неразрушимости породы на контуре

дисперсия предела прочности пород и действующих на­ пряжений; оСж и vg — коэффициенты вариации предела

прочности пород и действующих напряжений.

При постоянном напряжении на контуре выработки (т. е. при ц0=О) выражение (63) примет вид:

(64)

Имея значение коэффициента запаса прочности

( 65)

112

характеристику безопасности можно определить из вы­ ражения

Численное значение вероятности разрушения в дан­ ном методе рассматривается как доля периметра выра­ ботки, подвергающаяся разрушению (используется в нашем случае), либо как доля непрочных сооружений от общего их числа. Выработка считается прочной, если разрушения породы в ней не препятствуют ее эксплуа­ тации.

Пример 1. Определить критическую глубину, при которой мест­ ные нарушения периметра ствола круглого сечения с гладким кон­

статический закон распределения напряжений, что справедливо для непрочных пород при достигнутых глубинах разработки).

Критическая глубина для указанных условий определяется из преобразованной формулы (64)

Ф(Д) = 0 ,5 — 0,02 = 0,48.

По таблицам находим Д=2,07, тогда

4000

Ик = Т Т 7 ( ' - 2 >07 • 0,30) = 303 м.

2., о

Пример 2. Определить критическую глубину для выработки, пройденной в условиях предыдущего примера, при той же вероят­ ности разрушения, но с применением штанговой крепи с параметра­ ми: (=1,0 м; /i=l,5 м; Р = 4 тс.

Определяем прочность системы крепь — порода из (32)

сткп = 1,48(тсжо0’27 = 1,48400 ■2,660’27 = 760 кгс/см2.

Характеристика безопасности определится из условия Ф(Д) =0,5—

коэффициента напряжения, естественно, изменяется критическая глубина.

113

Использование штанг в данном случае не исключает необходимости применения средств предотвращения мелких вывалов (сетка, набрызгбетон).

Приведенные решения выполнены исходя из предпо­ сылок, что напряжения иа коигуре выработки постоянны и равны OQ= 2yH, а изменчивость прочности материала системы крепь — порода такая же, как для обычной породы. Основания для таких допущений следующие. Окружные напряжения после установки штанг оста­ ются практически неизменными почти на всей поверх­

обычно применяемого начального натяжения штанг в 3—4 тс крайне невелики (см. табл. 1) и быстро убывают по мере удаления от места приложения нагрузки (см. рис. 8). Область влияния этих напряжений практически не распространяется дальше площади, занимаемой опор­ ной плитой штанги. Породы в этом месте разрушаются в последнюю очередь; вначале разрушается поверхность между опорными плитками, т. е. там, где значения окружных напряжений при гладком контуре постоянны.

Изменчивость прочности всего заштангованного мас­ сива определили при испытаниях 36 моделей, из них 18

(12-15% ).

До критической глубины параметры штанговой крепи определяются из условия предотвращения случайных отслоений и вывалов. В породах средней устойчивости бока выработки под воздействием взрывных работ обычно разрушаются на глубину не более 0,3—0,5 м, поэтому штанги следует принимать длиной 0,5—0,7 м, а-расстояние между ними 0,8—1,5 м.

Крепление штангами до образования зоны неупругих деформаций, упрочняя породы приконтурной зоны, из­ меняет также и другие их свойства, что объясняется наличиемкорреляционной связи между последними почти у всех горных пород [78]. В частности, имеется такая связь и между пределом прочности и модулем Юнга у пород с примерно одинаковым минеральным составом, выражаемая соотношением

114

где ct\ — коэффициент пропорциональности, o,=2-f-6; например, для криворожских пород (мартиювых рого­ виков, железистых кварцитов, аспидных сланцев н т. д.) 0f —2,2 для пористых карбонатов 0-1= 3,75 [77, 78].

Изменение свойств пород вокруг выработки с по­ мощью штанг обычной длины охватывает приконтурную зону шириной равной, а иногда более ширины области неупругих деформаций.

Образование зоны неупругих деформаций при уста­ новке штанг сразу после выемки происходит в пределах системы крепь — порода, временное сопротивление кото­ рой о*нп и модуль упругости Еип, что сказывается и на размерах зоны неупругих деформаций.

Перемещения контура круглой выработки с учетом развития области неупругих деформацш] в соответствии с выражением (59) и проявления ползучести пород можно определить из формулы

где Е модуль упругости породы; А и т — постоянные ползучести, определяемые экспериментально [65].

Из выражений (59) и (69) видно, что имеются два производственных фактора, с помощью которых при обычных видах крепи можно влиять па процесс, фор­ мирования и конечные размеры области неупругих де­ формаций, а также на величину перемещений контура выработки — размеры ее поперечного сечения и реак­ ция крепи. Однако возможности использования этих факторов ограничены. Размеры выработки определяются требованиями производства и их изменение с целью уменьшения размеров области неупругих деформаций чаще всего не осуществимо. Увеличение несущей спо­ собности крепи тоже не всегда результативно, так как силы, действующие в массиве при выводе его из со­ стояния равновесия во время проходки, очень велики.

115