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

каторамн, размещаемыми в четырех точках по высоте модели в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. После достижения сопоставимости результатов испыта­ ний моделей без штанг, изготовленных из одного и того

Рис. 24. Модели штанг с деталями для создания предвари­ тельного натяжения:

ка; 7 — опорная плита

же материала (разность разрушающих внешних давле­ ний 12—15%), провели эксперименты.

Всего испытали 36 моделей. Изучили влияние на их несущую способность длины, начального натяжения и плотности размещения штанг. Общая площадь поверх­ ности модели, закрепляемой штангами, составила 5220 см2. Смещения стенок моделей без штанг до их разрушения в подавляющем большинстве были меньше, чем у моделей со штангами, во-первых, из-за известной нарушенное™ породы отверстиями для штанг и, во-вто­

54

рых, из-за более высокой деформируемости заштангованиых пород.

Из рис. 25 видно заметное влияние плотности штанг на несущую способность стенок модели (за 100% при­ нята несущая способность моделей без штанг): при уве­

Рис. 25. Графики зависимости несущей способности р от рас­ стояния между штангами / (а), длины штанг h (б), натяжения штанг q (в)

длине штанг 5 см. Зависимость несущей способности от плотности штанг линейна.

Существенны различия в характере разрушения мо­ делей со штангами и без штанг. С повышением давления в гидравлической сети в моделях без штанг появляются трещины, осыпание материала, вывалы крупных кусков. Давление падает до нуля и не возрастает при нагнета­ нии воды свыше 0,2 кгс/см2. Форма и размеры вывалов на моделях аналогичны форме и размерам вывалов, воз­ никающих в шахтных условиях.

Из рис. 26 видно, что характер разрушения моделей без штанг и со штангами, установленными по сетке 3x3 м, почти одинаков, материал и в том и в другом случае разрушается кусками, только в модели со штан­ гами эти куски несколько меньших размеров и удержи­ ваются от обрушения внутрь выработки штангами; отли­ чия в несущей способности не более 10—12%.

С увеличением плотности штанг возрастает несущая способность закрепляемого ими слоя, меняется характер разрушения модели: оно протекает в две стадии. В нача­ ле перемещения породного контура сопровождаются сни­

55

ны. С увеличением длины штанг несущая способность возрастает, особенно при сгущенной сетке расположения штанг (см. рис. 25): при установке 140 штанг на глу­ бину 5 и 10 см несущая способность модели возрастает соответственно па 21 и 71% по сравнению с несущей способностью модели без штанг. Значительно влияние и начального натяжения на несущую способность моделей: при сетке размещения штанг 10X10 см увеличение их длины с 5 до 10 см дает прирост несущей способности со 110 до 132% при начальном натяжении 500 гс, уве­

крепких трещиноватых породах, может оказаться выгод­ нее применять штанги с увеличенным начальным натя­ жением, чем увеличивать их длину.

Все зависимости, приведенные на рис. 25, как отме­ чалось, получены для слабых пород. По аналогии с ре­ зультатами опытов по всестороннему сжатию пород мож­ но полагать, что для прочных пород характер зависимо­ стей сохранится, по абсолютные количественные показа­ тели увеличатся, несмотря на уменьшение упрочняющего воздействия штанг с возрастанием прочности пород, так как их сжатие и деформация происходят при более вы­ соких нагрузках.

Высказанные выше положения о характере работы штанговой крепи в выработке круглого сечения под­ тверждаются результатами опытов В. Ф. Рогизиого на моделях из сыпучих материалов [66]. В [79] отмечается еще одна особенность работы штанговой крепи: исклю­ чение сдвижения пород по плоскостям ослабления и их выдавливания между штангами.

Контактные штанги. Цель исследований на моделях из эквивалентных материалов — установление относи­ тельных количественных зависимостей при закреплении пород железобетонными штангами (работа выполнена автором совместно с В. А. Москвиным).

В указанных опытах каждый образец имитировал часть массива горных пород, непосредственно примы­ кающую к контуру вертикальной выработки н имеющую размер 2 x 2 x 2 м. Геометрический масштаб моделирова­ ния IJL U= 1 : 20, где 1М и L„ — линейные размеры соот­ ветственно в модели и натуре. Таким образом, указан­

58

ному участку массива соответствовал образец размером

10X10X10 СМ.

Образцы нагружали в специальной стальной обойме, которая с трех сторон ограничивала боковые перемеще­ ния, имитируя отпор окружающего массива пород (рис. 28). Штанги устанавливали со стороны свободной поверхности образца. При такой схеме загружения ха­

ления с породой. Силовое подобие по отношению к натуре обеспечивали по прочности за­ крепления штанг.

Значения механических свойств материала модели Nu находили из выражения (26). В качестве определяю­ щих характеристик механических свойств пород приняли пределы прочности при сжатии асж и растяжении стр.

При моделировании испытывали незакрепленные и за­ крепленные образцы, варьируя длину штанг, плотность их установки и прочность горной породы. Характеристи­ ка составов гипсопесчаной смеси, а также другие пара­ метры моделирования приведены в табл. 7 и 8.

Объемную массу пород в натуре принимали 2,5 г/см3. Отношение ср : осж для материала модели колебалось в пределах 1: 4,8-М : 6,3.

Всего было изготовлено и испытано около 60 образ­ цов, причем каждая серия испытывалась на одноосное

59

сжатие, на сжатие в обойме без штанг и иа сжатие в обойме со штангами. С помощью индикаторов часового типа измеряли продольные и поперечные деформации образцов. Количественно эффект упрочнения оценивали

коэффициентом /Су= СТкп/огсж> где с7цп и Осж предел прочности на сжатие системы крепь — порода и породы. Испытаниям предшествовали опыты с целью достижения сопоставимости результатов, полученных на объемных моделях и данных образцах: образцы, закрепленные на­ прягающими штангами, нагружали до степени, при кото­ рой происходило разрушение модели при объемном мо­ делировании. Соответствующую этой степени нагруже­ ния деформацию принимали в качестве предельной. Ре­ зультаты испытаний показывают (рис. 29), что в преде­ лах упругости кривые о — е для заштангованных и незаштангованных образцов практически совпадают, а эф­

60