Файл: Скуба, В. Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты.pdf

24 и 22 мм является участок резьбы, у штанг диаметром 18, 16, 12 мм — участок щели.

Для установления влияния ширины щели на прочность штанг испытывались стержни диаметром 24 и 18 мм, в которых штампом просекалась щель шириной 2, 3 и 4 мм. При определе­ нии влияния способа образования щели на прочность металли­ ческих стержней диаметром 24 и 18 мм щель шириной 3 мм прорезалась при помощи автогена, фрезерной пилы и штампа. Испытания на разрыв производились при полном введении в щель клина. Результаты испытаний показывают, что с уве­ личением ширины щели от 2 до 4 мм среднее, разрывающее штангу диаметром 24 мм усилие уменьшается с 20,9 до 18,3 т, у штанг диаметром 18 мм —с 10 до 8,9 т. Стержни штанг на участке щели, образованной фрезерной пилой, имеют следую­ щую прочность: при диаметре 24 мм —20,2 т, при диаметре 18 мм — 10,8 т. При образовании щели штампом прочность стержня несколько снижается и у штанг диаметром 24 мм состав­

зованной автогеном: у штанг диаметром 24 мм она изменяется от 16,2 до 20,8 т, в среднем 18,5 т; у штанг диаметром 18 мм —

в штанге распорно-безрезьбового типа при установке ее с пло­ ским клином, был взят керн из габбро-диабазовых пород диа­ метром 100 мм, высотой 300 мм и зацементирован в металли­ ческую трубу. По центру керна бурилось сквозное отверстие. В этом «шпуре» закреплялся верхний замок штанги, на штангу надевался соответствующей длины отрезок трубы, динамометр и шайба. В проушину штанги вводился клин и по нему нано­ сились удары молотком или кувалдой. Величина возникшего натяжения фиксировалась по динамометру. Одновременно определялась величина скольжения замка в «шпуре». Испыта­ ния прекращались, когда натяжение штанг переставало воз­ растать, следовательно, замок не смещался при удлинении штанги.

Установлено, что для создания натяжения штанг в пределах 4 —5 т можно использовать легкую кувалду весом 3 кг, причем достаточно нанести 3 —4 удара по клину, чтобы посредством плоского клина нижнего замка получить натяжение, равное величине закрепления верхнего замка.

Лабораторные исследования показали, что прочностные характеристики стержней диаметром не менее 16 мм из стали марки Ст. 5 позволяют применять такие стержни для изготов­ ления штанговой крепи. Ширина щели и способ образования ее существенно влияют на прочность стержней штанг на участке щели. Наиболее целесообразна щель шириной 3 мм, образован­ ная штампом.

80

В птахтньтх условиях проводились эксперименты с целью определения несущей способности штанг клинощелевого типа диаметром 24—12 мм. Штанги устанавливались в итпурах,

чанике, затем производилось выдергивание штанг. Усреднен­ ные результаты испытаний представляются в следующем виде (из-за слабого закрепления замков вследствие вибрации и

клинощелевых штанг в шахтпътх условиях 0,8—2 т. При необ­

Сопоставление расчетных данных, полученных по этим фор­ мулам при различных значениях п, с данными натурных экспе­ риментов показало хорошую сходимость результатов.

Таким образом, величина закрепления замков клинощеле­ вых штанг находится в обратной зависимости от соотношения диаметра буровой коронки и толщины клина и в прямой зави­ симости от прочности пород, в которых штанги устанав­ ливаются.

Штанги клинощелевого типа с обратным клином в нижнем замке испытывали на шахтах и рудниках. Приводим усреднен­ ные результаты:

Испытания показали, что закрепление замков тптанг при механизированной забивке лучше, чем при ручной, особенно в крепких породах, так как предельное внедрение усов верх­ него замка в крепких породах при ручной установке трудно осуществить. Прочность закрепления замков штанг зависит от продолжительности забивки их перфоратором. Наилучтпее закрепление замков достигается при забивке перфоратором в течение 6 —8 с. При продолжительной забивке прочность закрепления замков .снижается из-за разрушения пород в забое шпура.

Особое внимание при испытании штанг данного типа обра­ щалось на величину возникающего в штангах начального натя­ жения. При забивке нижнего клина всегда отмечалось смятие деревянных подхватов и вдавливание в них шайб размером 100x100 мм. Это свидетельствует о том, что величина натяже­ ния превосходила 2,5 т — оптимальную величину для дере­ вянных подхватов и шайб подобных размеров.

Штанги распорного типа с конической резьбой испытыва­ лись на шахтах при закреплении замков в песчанике, аргил­ лите и угле. Штанги устанавливались вручную динамометри­ ческим ключом ДК-1 со шкалой, оттарированной до 25 кГм. Усредненные результаты следующие:

Из приведенных данных следует, что величина закрепления штанг в породах практически одинаковая. Однако в различных породах она находится в определенной зависимости от крутя­ щего момента, прилагаемого к нижнему концу стержня штанги. Надежное закрепление замка в угле (5—7 т) достигается при величине крутящего момента 22—25 кГм, в аргиллите при 18'—22 кГм. Величина закрепления резко возрастает после приложения крутящего момента более 12—15 кГм. В песчанике закрепление замков порядка 5 —7 т достигается уже при кру­

Штанги распорно-безрезьбового типа испытывались на шах­ тах при закреплении замков в угле, аргиллите и песчанике. Штанги устанавливались легко и быстро в среднем за 1,5 — 2 мин. Всего было испытано около 500 комплектов штанг.

Результаты исследований таковы:

82

Анализ испытаний показывает, что величина закрепления штанг раснорно-безрезьбового типа существенно не зависит от крепости пород. Начальное натяжение штанг создается сво­ бодно до 2,5—3 т и более. В результате шахтных исследований установлено, что большая несущая способность металлических штанг достигается при установке клинощелевых штанг в поро­ дах средней крепости, а распорных — в породах любой кре­ пости.

Шахтными исследованиями установлено, что несущая спо­ собность штанг в начальный момент, представленная только величиной закрепления верхнего замка, с течением времени но мере опускания пород кровли всегда увеличивается (Маханько, Северьянов, 1960), так как горизонтальные смещения напластований в процессе опускания кровли увеличивают несущую способность штанговой крепи вследствие зажатия ев стержня. Таким образом, несущая способность штанг слагается из величины закрепления верхнего замка штанг и силы зажатия стержня сдвигающимися слоями, последняя достигает в под­ готовительных выработках 35—40% от величины закрепления замков штанг.

§3. Деревянная штанговая крепь

Влабораторных условиях на гидравлическом прессе испы­ тывались деревянные штанги на разрыв и выдергивание при различных конструкциях клиньев. Для испытаний изготовля­ лись специальные приспособления: втулки, металлические клинья, шайбы и штанги длиной 1 м и диаметром 38 мм из лиственницы 109а. На штангу до утолщенной части надевалась

муфта, второй конец штанги вместе с клином запрессовывался в специальной втулке. Штанга той Частью, где находится муфта, закреплялась в верхней подвижной траверсе пресса. В нижней неподвижной траверсе закреплялся конец штанги, запресованный во втулке. При включении пресса траверсы расходились и разрывали стержень штанги или выдергивали штангу из втулки. Усилие, потребовавшееся для разрыва или выдергивания штанги, фиксировалось по шкале пресса.

Анализ результатов испытаний показал, что средние зна­ чения сопротивления стержня штанги на разрыв составляют 990—1230 кг/см2, на выдергивание при втулочном металли­ ческом клине — 2600, на выдергивание при металлическом плоском клине —4000 .кг/см2. Некоторое увеличение сопро­ тивления на разрыв по сравнению с известными ес4ь следствие небольшой (6%) влажности древесины.

Таким образом, деревянные штанги диаметром 38 мм из лиственницы, влажность которой 6%, имеют сопротивление разрыву 980—1200 кг/см2. Плоский металлический клин обеспе­