Файл: Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения.pdf

ческих модулей упругости перпендикулярно и параллельно напла-

работки не возникают; в процессе разработки камеры вокруг нее происходит перерас­

пределение напряжений, в частности начинают возрастать относи­

разработке камеры на Ѵ3 высоты они увеличиваются по сравнению с отмеченными в начале разработки в 1,7—2 раза, а при полном рас­ крытии камеры — в 6 раз, достигая величины 12-10- 5; в стенах изменение деформаций менее заметно; при полном раскрытии ка­ меры вертикальные относительные деформации сжатия возрастают на 40%, достигая величины (20 22) ІО-5;

осадка свода, горизонтальные перемещения стен и деформации почвы выработки не превышают 3 мм в пересчете на натуру.

Н а т р е т ь е й с т а д и и и с п ы т а н и й (разрушение выработки) получены следующие результаты:

трещинообразование на контуре выработки началось в углах профиля при кп — 1,5 4-1,7, суммарная осадка стен составила при этом около 45—50 мм в пересчете на натуру, осадка свода ка­ меры — около 20 мм;

при увеличении нагрузки (кп = 2,0 ч - 2,5) произошло разруше­ ние породы в стенах выработки с образованием зоны обрушения глубиной до 6 м (в пересчете на натуру) в середине высоты стены

123

Результаты испытаний модели с закрепленной выработкой (мас­

выработки) результаты аналогичны, полученным на модели с неза­ крепленной камерой.

Н а в т о р о й с т а д и и и с п ы т а н и й (разработка ка­ меры) было установлено:

трещинообразование в породе на контуре выработки отсутствует на всех этапах ее раскрытия;

■Рис. 49. Разруш ение стен модели незакрепленной камеры:

1 — зона обрушения породы в стенах камеры; 2 — камера до разруш ения; 3 — трещины в сте­ н а х камеры

при разработке калотты тангенциальные деформации в своде выработки составили 3-10"5 (сжатие), после чего была установлена модель железобетонной крепи свода, тангенциальные деформации которой при раскрытии выработки по этапам на полную высоту уве­ личились до 4 -ІО-5, т. е. весьма незначительно;

вертикальные сжимающие относительные деформации в стенах на всех этапах разработки камеры были незначительны и при пол­ ном раскрытии выработки составили всего (3 -т- 7) ІО"5.

Н а т р е т ь е й с т а д и и и с п ы т а н и й (разрушение модели) получены следующие результаты:

существенные изменения натяжения предварительно-напряжен­ ных анкеров, свидетельствующие о начале интенсивной деформации породы, отмечены при кП= 1,8 -г- 2,5, трещины на контуре выра­

стены составила в пересчете на натуру 10 мм, южной стены — 24 мм, «осадка свода в замке — 12 мм;

124

при дальнейшем увеличении нагрузки обрушения породы в сте­ нах выработки не происходило, имел место сдвиг породы по трещи­ нам напластования системы S и тектоническим нарушениям S t, на контуре выработки наблюдалось появление и раскрытие трещин с отслоением тонких пластов материала.

Динамические исследования. При моделировании взрывных ра­ бот соблюдались условия подобия, установленные для статических исследований, а также дополнительное условие: время протекания взрывного процесса в модели должно соответствовать в масштабе времени т( аналогичной величине в натуре. Параметры паспорта буровзрывных работ (расстояния между шпурами, их глубина, линия наименьшего сопротивления), при моделировании соблюда­ лись в масштабе т1 = 1 : 30. Для подбора взрывчатых веществ на модели скорость детонации рассчитывали исходя из принятых масштабов mh та и пг

I Для экспериментов использовали взрывчатые смеси, состоящие из пороха и тена в соотношении, удовлетворяющем расчетной вели­ чине скорости детонации. Для зарядов на контуре выработок это соотношение составило 2 : 1 , для скважин в уступе камеры — 1,5 : 1.

Материал модели в основном аналогичен материалу, принятому для статических испытаний. Физико-механические характеристики материала модели уточняли при исследовании образцов ультразву­ ковым методом.

Моделировали участок массива, включающий часть камеры под­ земного машинного зала и шесть выработок, примыкающих к ней. При моделировании учитывали структурно-геологические характе­ ристики горного массива. После изготовления модели уточняли ее динамические упругие характеристики. Средние результаты (из 100 измерений) в сравнении с соответствующими характеристиками для натуры приведены в табл. 30.

Таблица 30

125

Глубину нарущенной зоны вокруг выработок в модели определяли

Взрывные работы моделировали на стендах, установленных в спе­ циально оборудованной подземной взрывной камере. Естественное напряженное состояние массива обеспечивалось вертикальной при­ грузкой в принятом масштабе. Для определения глубины нарушен­ ной зоны в туннелях взрывали только заряды в контурных шпурах, тогда как центральная часть выработок создавалась механическим способом. При отработке уступов камеры заряды взрывались во всех шпурах согласно паспорту буровзрывных работ. При определении глубины нарушенной зоны в местах сопряжения выработок с каме­ рой подземного машинного зала была смоделирована отбойка четы­ рех уступов камеры.

Взрывапие зарядов осуществляли с помощью нанесенных на нихромовый мостик капелек азида свинца массой 0,015—0,020 г. Для электрического взрывания зарядов применяли серийные взрывные машинки и специальные приспособления, позволяющие взрывать заряды различными сериями.

Средние значения глубины нарушенной зоны, полученной в ре­ зультате этих модельных исследований, в пересчете на натуру при­ ведены в табл. 31.

Таблица 31

Одновременно с определением глубины нарушенной зоны в местах сопряжения с туннелями измеряли и величину ее распространения вдоль стен камеры. Для всех мест сопряжения эта величина оказа­ лась равной 2,5 м.

Эксперименты показали, что увеличение контурного заряда в 1,5 раза по сравнению с рекомендуемым в табл. 31 приводит к уве­ личению глубины нарушенной зоны на 20—25%.

126

Рис. 50. Величины напряжений на контуре выработки (сопоставление результатов исследо­ ваний), полученные при испытаниях

Исследования влияния сейсмического действия взрыва на состоя­ ние предварительно-напряженных анкеров приводили во взрывной камере на модели в виде гипсобетоиной плиты с двумя анкерами в масштабе 1 : 10. После предварительного натяжения анкеров мо­ дель подвергали действию взрыва и определяли изменение напря­ женного состояния анкеров. Измерения проводили тензометриче­ ским способом. Часть электротензодатчиков через коммутирующее устройство была соединена с электронным измерителем статических деформаций с автоматической балансировкой. Для записи динамиче­ ских деформаций использовали осциллограф с усилителем.

Величину одновременно взрываемого заряда в модели определяли на основании возможных величин заряда ВВ в натуре при отработке уступов камеры подземного машинного зала. Результаты исследова­ ний по определению влияния взрывов на напряженное состояние оказались следующими:

при взрывании уступа в соответствии с рекомендуемым паспор­ том буровзрывных работ изменение натяжения анкера колеблется в пределах 10% величины первоначального усилия, поэтому при расчете предварительного натяжения следует вводить понижающий коэффициент 0,9;

увеличение удельного заряда примерно в 2 раза по сравнению с рекомендуемым приводит после взрыва к уменьшению предвари­ тельного натяжения анкера на 30% первоначальной величины.

Основные результаты исследований и рекомендации. Сопоставле­ ние результатов статических испытаний моделей из эквивалентных

127