Оценка устойчивости горных выработок, закрепленных анкерной крепью Текст научной статьи по специальности «Горное дело»

Научная статья на тему 'Оценка устойчивости горных выработок, закрепленных анкерной крепью' по специальности 'Горное дело' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 52 — Горное дело
  • ВАК РФ: 25.00.13; 25.00.15; 25.00.22
  • УДK: 622
  • Указанные автором: УДК: [622.272:281.74]-047.43

Статистика по статье
  • 749
    читатели
  • 96
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА
  • ЗАМКОВЫЙ АНКЕРНАЯ КРЕПЬ
  • ЗОНА ВОЗМОЖНЫХ (УСЛОВНЫХ) НЕУПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ (РАЗРУШЕНИЯ) ПОРОД
  • ЛИНЕЙНО-ДЕФОРМИРУЕМАЯ СРЕДА
  • МАССИВ ПОРОД
  • НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
  • РАСЧЕТНАЯ СХЕМА
  • СОСРЕДОТОЧЕННАЯ СИЛА
  • УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫРАБОТОК
  • MINE TUNNEL
  • ROOF BOLTING
  • ZONE OF ROCKS INELASTIC DEFORMATION
  • LINEARLY ELASTIC MATERIAL LINEARLY ELASTIC MATERIAL
  • MASSIF OF ROCKS
  • STRESS CONDITION
  • CALCULATING SCHEME
  • SINGLE FORCE SINGLE
  • STABILITY OF TUNNEL

Аннотация
научной статьи
по горному делу, автор научной работы — Барковский А. В.

Рассмотрен метод расчета устойчивости вертикальных горных выработок, закрепленных анкерной крепью замкового типа.

Abstract 2010 year, VAK speciality — 25.00.13;25.00.15;25.00.22, author — Barkovskiy A. V.

Method of calculating stability of vertical mine workings with key type bolting is discussed.

Научная статья по специальности "Горное дело" из научного журнала "Известия Тульского государственного университета. Науки о земле", Барковский А. В.

 
close Похожие темы научных работ
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по горному делу , автор научной работы — Барковский А. В.

Текст
научной работы
на тему "Оценка устойчивости горных выработок, закрепленных анкерной крепью". Научная статья по специальности "Горное дело"

ГЕОМЕХАНИКА
УДК [622.272:281.74]-047.43
А.В. Барковский, ассистент, (4872) 35-20-41, g-sps@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ЗАКРЕПЛЕННЫХ АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ
Рассмотрен метод расчета устойчивости вертикальных горных выработок, закрепленных анкерной крепью замкового типа.
Ключевые слова: горная выработка, замковый анкерная крепь, зона возможных (условных) неупругих деформаций (разрушения) пород, линейно-деформируемая среда, массив пород, напряженное состояние, расчетная схема, сосредоточенная сила, устойчивость выработок.
При проведении выработок вокруг них в некоторой зоне, так называемой зоне влияния выработки, происходит перераспределение напряжений. В зависимости от того, какова величина напряжений в приконтурной зоне вокруг выработки можно выделить в общем случае две зоны - зону упругих деформаций и зону пластических деформаций (или зону неупругих деформаций).
Вопросам определения появления и размеров зоны неупругих деформаций уделялось и уделяется в настоящее время большое внимание, поскольку появление зоны неупругих деформаций напрямую связано с понятием устойчивости выработки.
Под устойчивостью горных пород понимается их способность сохранять форму и размеры обнажений, образуемых при строительстве горных выработок и подземных сооружений. При расчете устойчивости применяются различные критерии устойчивости, что определяется, главным образом, характером процессов деформирования пород вокруг выработок и видом деформаций, развивающихся в приконтурной зоне.
К наиболее ранним работам, в которых приводится аналитическое решение определения размеров зоны пластических деформаций, следует отнести работу Р. Феннера [1], в которой он впервые выдвинул положение
о том, что вокруг выработок образуются качественно различающиеся между собой зоны. Рассматривая напряженно-деформированное состояние идеально сыпучей среды пород, Р. Феннер получил размеры так называемой «зоны текучести» вокруг выработки круглого поперечного сечения, пройденной в гидростатическом поле начальных напряжений (одномерная задача).
Впоследствии вопросам устойчивости горных выработок было посвящено большое количество работ как отечественных, так и зарубежных ученных.
Развитие представлений о формировании вокруг выработок зон различного напряженно-деформированного состояния позволяет свести задачи прогнозирования состояния выработок на стадии проектирования к расчету устойчивости пород на контуре выработки и вблизи него, в пределах зон неупругих деформаций.
Логическим развитием работ по оценке устойчивости горных выработок является предложенный проф. Н.С. Булычевым совместно с проф. Н.Н. Фотиевой метод интегральной оценки устойчивости обнажений пород по конфигурации и размерам возможных (условных) зон неупругих деформаций (разрушения) пород вокруг выработки [2, 3].
Для оценки устойчивости выработок, использована оценка устойчивости пород по конфигурации и размерам условных зон неупругих деформаций (разрушения) пород вокруг выработки. Здесь в качестве условной зоны неупругих деформаций принята примыкающая к выработке область в упругой модели массива пород, в которой не выполняется условие Кулона - Мора. Условие имеет вид
(аг - ае )2 + 4^ < [аг + ае + 2Сс^ф]2 sin2 ф, (1)
где аг и ае - соответственно нормальные радиальные и нормальные тангенциальные напряжения; тге - касательные напряжения.
Методика оценки устойчивости пород по условным зонам неупругих деформаций заключается в сопоставлении напряжений в упругой модели массива, ослабленного выработкой, с прочностью пород, но при этом рассматриваются не отдельные точки контура сечения выработки, а вся примыкающая к выработке область массива и прочность пород характеризуется не сопротивлением одноосному сжатию, а общим условием, справедливым для плоского напряженного состояния.
Несмотря на то, что условные зоны неупругих деформаций не могут быть отождествлены с действительными зонами разрушения, тем не менее, их конфигурация и размеры позволяют судить о степени устойчивости обнажений пород в выработке.
Таким образом, задача определения размеров и конфигурации зон неупругих деформаций пород сводится к решению задачи определения величин полных напряжений в массиве пород вокруг горных выработок.
Выражения для искомых компонентов напряжений в породном массиве имеют следующий вид:
где а^1 - напряжения в массиве пород, вызванные образованием
выработки, определяемые по формулам
тангенциальные и касательные напряжения, соответственно в произвольной точке массива пород, вызванные реакцией анкерных стержней; г - полярная координата; п - количество анкеров в поперечном сечении выработки.
Представленный в данной работе метод расчета напряженного состояния армированного анкерами массива пород является продолжением и дальнейшим развитием работы М.Н. Степаняна [4] и направлен на определение величин нормальных радиальных, тангенциальных и касательных напряжений в массиве пород вокруг вертикальной горной выработки, закрепленной анкерной крепью, что позволит выработать концепцию устойчивости пород, армированных анкерами.
Определение нормальных напряжений, возникновение которых в массиве пород вызвано воздействием анкерной крепи замкового типа, сводится к решению задачи теории упругости о действии пары противоположно направленных сосредоточенных сил, действующих в упругой плоскости, ослабленной отверстием круглой формы, одна из которых
п
п
(2)
2=1
п
2=1
= ХуИ • 1 +
г
( 2\ К Г I
(3)
п
п
п
Еап
тг0 - суммарные нормальные радиальные, нормальные
]=1
2=1
] =1
приложена к контуру отверстия, а другая - в произвольной точке плоскости
Рис. 1. Расчетная схема поперечного сечения вертикального ствола,
закрепленного анкерной крепью
М.Н. Степанян получил выражения комплексных потенциалов для двух равных и противоположно направленных сил, моделирующих воздействие анкера замкового типа на массив пород в окрестности выработки круглого сечения:
ф(С) = -^°Мп
1 -Со с1
2п(х + 1) 11 2л(х + 1) ЧС-СТ
+ ■
е°о 1п
гС-СоЛ
о У
Ост-' _1 -СоСо .
2п(х + 1)Со2 (1 -Со ?)’
¥(<;)=
Х°
-1
2л(х + 1)
1п
С-Сто
чС-Соу
+
Х°о
Со
+
2п(х + 1)
Ґ
1п
Ч ч
1-о-1
1 -сс
+ ■
о У
2л(х + 1)
\
_ 1-СоСо
Соф-Щ2
с(1 -СоС) оч-о
+
°о
2п(х + 1)
-1
+
Со
■+■
(3)
1 1
с-Со С-Со СоС СТоСу
где Q - сосредоточенная сила, соответствующая силе натяжения анкерного стержня и определяемая по формуле; ^ - точка, в которой определяются компоненты напряжений; £ о - точка приложения сосредоточенной силы.
Комплексные потенциалы (1) связаны с компонентами напряжений в массиве пород известными формулами Колосова-Мусхелишвили [5]:
ст е - ст г + 2ітг6 = 2є
2 ¿6
СТа - СТ. = 2
гф//(г) + ^/(г) ф'(і) + ф' (і) = 4Ке ф' (і)
(4)
Автор воспользовался полученными М.Н. Степаняном комплексными потенциалами, характеризующими напряжено-деформированное состояние упругой плоскости, ослабленной отверстием круглой формы под действием двух сосредоточенных сил. Выполнив решение уравнений (4),
ап
получил выражения для компонентов нормальных радиальных аг , тан-
ап ап
генциальных ае и касательных тг0 напряжений в произвольной точке,
определяемой полярными координатами (г, е), массива пород в окрестности вертикального ствола, закрепленного замковыми анкерами.
Полученные автором выражения для компонентов напряжений от воздействия анкерной крепи в данной работе не приводятся в связи с их громоздкостью.
Указанный выше метод расчета устойчивости вертикальных горных выработок реализован в виде комплекса компьютерных программ. Данный комплекс позволяет производить многовариантные расчеты полей напряжений и конфигураций зон возможных (условных) деформаций пород вокруг горных выработок, закрепленных анкерной крепью замкового типа.
Влияние замковых анкеров на размеры и конфигурацию зон неупругих деформаций исследовалось на примере вертикального ствола, при следующих исходных данных: глубина заложения выработки Н=100 м, диаметр выработки dl =6 м; удельный вес у0=0,022 МН/м ; сцепление С=0,05 МПа; угол внутреннего трения ф=40°; коэффициент бокового давления пород Л=0,43, отношение модуля деформации анкера к модулю деформации пород Еа/Е0=100; количество анкеров па=36 шт.; расстояние между анкерами а=0,79 м; длина 1а=3 м; диаметр замкового анкера da=0,03 м, усилие предварительного натяжения анкера Ыа=0,1 МН; коэффициент,
*
учитывающий отставание возведения крепи а =0,6.
Результат расчета зоны неупругих деформаций (разрушения) пород вокруг вертикального ствола, закрепленного замковыми анкерами, представлен на рис. 2.
Рис. 2. Границы условных зон неупругих деформаций вокруг вертикального ствола: 1 - размеры зоны неупругих деформаций пород вокруг незакрепленной выработки; 2 - размеры зоны неупругих деформаций пород вокруг выработки, закрепленной анкерами
Из полученных результатов можно сделать вывод о том, что при установке анкерной крепи в выработку размеры зон разрушения пород уменьшаются на 0,5 м как по линии установки анкера так и между анкерами, вследствие чего повышается устойчивость породного массива вокруг горной выработки приблизительно на 14 %.
Список литературы
1 . Феннер Р. Исследование горного давления // Во фосы теории горного давления. М.: Госгортехиздат, 1961. С. 5-58.
2. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н. Оценка устойчивости пород, окружающих горные выработки // Шахтное строительство. 1977. № 3. С. 14-18.
3. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи вертикальных выработок. М.: Недра, 1986. 288 с.
4. Степанян М.Н. Разработка метода расчета анкерной крепи замкового типа выработок круглого сечения: дис. ... канд.техн.наук: Тула, 1989. 106 с.
5. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 707 с.
A. Barkovsky
Evaluating stability of mine workings with bolting
Method of calculating stability of vertical mine workings with key type bolting is discussed.
Key words: mine tunnel, roof bolting, zone of rocks inelastic deformation, linearly elastic material linearly elastic material, massif of rocks, stress condition, calculating scheme, single force single, stability of tunnel.
Получено 17.03.2010

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх