CC BY
17
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0,6 - - - -
1,8 1,6 1,0 0,3 0,3 0,7 0,8 0,7 0,5 0,4 0,0
0,7 - - - -
1,1 0,9 0,6 0,2 0,2 0,4 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0
0,8 - - - -
0,6 0,5 0,3 0,1 0,1 0,2 0,3 0,2 0,2 0,1 0,0
0,9 - - -
0,3 0,2 0,2 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0
1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
— Коротко об авторок
Дем- прь лицея.
С11
© В.В. Демьянов, С.М. Простое, О.В. Демьянова, 2005
УДК
В.В. Демьянов, С.М. Простое, О.В. Демьянова
Электролюминесцентные устройства В СИСТЕМАХ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар №2
УДК 622.016.3.112.3
Н.Н. Касьян, докт. техн. наук (ДонНТУ, Донецк, Украина)
A.О. Новиков, канд.техн. наук (ДонНТУ, Донецк, Украина)
B.Л. Самойлов, канд. техн. наук (ДонНТУ, Донецк, Украина)
Ю.А. Петренко, канд. техн. наук (ДонНТУ, Донецк, Украина)
О РОЛИ МЕЖРАМНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ В МЕХАНИЗМЕ ФОРМИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ НА КРЕПЬ
Механизм взаимодействий рамной крепи выработок с окружающим горным массивом является весьма сложным и не однозначным. Существующее представление о том, что отпор крепи распределяется по внутренней поверхности выработки на ширину, равную шагу установки крепи не отражает фактически наблюдаемую ситуацию в шахтных условиях, особенно при образовании зоны разрушенных пород. Практически отпор массиву крепью осуществляется только по поверхности контакта между ними. В межрамном пространстве величина отпора массиву определяется шагом установки крепи и жесткостью межрам-ного ограждения. При этом несущим элементом, оказывающим сопротивление смещающимся породам являются только рамы крепи.
Характер распределения нагрузки по периметру рамной крепи в настоящее время изучен достаточно глубоко.
Вместе с тем, крепь представляет собой пространственную конструкцию и вопрос о механизме взаимодействия рамной крепи с вмещающим породным массивом, с учетом влияния на него характера деформирования пород в межрамном пространстве до настоящего момента полностью не исследован.
Большинством исследователей, затяжка (межрамное ограждение) рассматривается как элемент крепи, предназначенный для защиты выработки от вывалов породы в промежутках между рамами крепи.
Вместе с тем результаты обследований горных выработок показывают, что состояние затяжки намного хуже состояния непосредственно рам крепи.
Поэтому в последние годы большее внимание стали уделять и грузонесущей функции затяжки, которая заключается в восприятии давления со стороны массива горных пород и передачи его на рамы крепи. При этом большин-
ство разработанных шахтных затяжек представляют собой жесткие конструкции, несущая способность которых приближается к несущей способности крепежных рам. Это приводит к увеличению материалоемкости и трудоемкости крепления выработок. Такой подход к решению проблемы межрамных ограждений не отражает реального механизма работы рамной податливой крепи. В системе «массив - рама крепи - межрамное ограждение» основной отпор окружающему породному массиву создается рамами крепи, и его величина определяется технической характеристикой и плотностью их установки. Поэтому рассматривать роль межрамного ограждения в системе необходимо с учетом взаимодействия рам крепи с породным массивом.
Для решения поставленных задач в работе использовался метод физического моделирования на моделях из эквивалентных материалов и структурных моделях.
Моделировался слоистый горный массив с прочностью пород на одноосное сжатие 40-60 МПа. В моделях рамы крепи по длине выработки устанавливались с шагом 60; 40; 20 и 13 мм, что соответствует 1,5; 1,0; 0,5 и 0,33 м в натуре. Для изучения характера распределения напряжений в массиве горных пород в моделях на расстоянии 30 и 70 мм от контура выработки всплошную устанавливались датчики трения.
Анализ полученных данных показал, что в начальной стадии формирования зоны разрушенных пород (при величине внешнего при-груза от 0 до 10 кПа), податливость затяжки не оказывает существенного влияния на величину нагрузки на крепь. Начиная с величины внешнего пригруза в 10 кПа нагрузка на рамы с податливой затяжкой растет менее интенсивно и по величине (в 1,5-2,5 раза) меньше, чем на рамы с жесткой затяжкой. При увеличении внешнего пригруза более 30 кПа интенсивность нагружения рам с податливой затяжкой возрастает, а с жесткой - уменьшается. Но в целом, нагрузка на рамы с податливой затяжкой, как и было установлено ранее, на 30-40% меньше, чем на рамы с жесткой затяжкой.
Такой механизм формирования нагрузки на рамы крепи можно объяснить следующим. Начиная с величины внешней нагрузки в 10 кПа, податливая затяжка начинает прогибаться и при размере зоны разрушенных пород над выработкой более половины шага крепи между рамами образуется свод естественного равновесия. Свод
полностью сформировался при величине внешней нагрузки 30 кПа. После этого, нагрузка на рамы крепи начинает возрастать, с увеличением внешней нагрузки более интенсивно. Нагрузка на рамы с жесткой затяжкой, с увеличением величины внешней нагрузки возрастает практически по линейной зависимости так как затяжка только перераспределяет нагрузку на рамы. Однако, при внешней нагрузке более 30 кПа, затяжка немного прогибается и нагрузка на крепь снижается. Образование свода естественного равновесия между рамами крепи вдоль выработки позволяет объяснить тот факт, что в шахтных условиях, даже при значительных деформациях податливой крепи с железобетонной затяжкой не наблюдается полного разрушения затяжки и обрушения пород между рамами крепи. При этом несущая способность затяжки значительно меньше, чем рамы крепи.
Выполненные исследования позволяют уточнить механизм формирования нагрузки на систему «крепь - межрамное ограждение» в процессе образования вокруг выработки зоны разрушенных пород, который заключается в следующем.
В начальный период формирования вокруг выработки ЗРП (размер ЗРП не превышает шага установки крепи) и отсутствии деформации затяжки, последняя только перераспределяет нагрузку от смещений контура выработки на рамы крепи, не оказывая существенного влияния на ее величину. При дальнейшем росте ЗРП вглубь массива и прогибе затяжки вследствие смещений пород в полость выработки, т.к. ее жесткость и несущая способность меньше чем у рамы крепи, между рамами, вдоль продольной оси выработки, начинают образовываться своды естественного равновесия. Затяжка прогибаясь воспринимает часть смещений контура выработки и тем самым снижает нагрузку на рамы. После завершения образования в межрамном пространстве сводов естественного равновесия, затяжка воспринимает нагрузку только от веса породы внутри этого свода. А так как эти своды опираются на рамы крепи, то при дальнейшем росте зоны разрушенных пород вокруг выработки, нагрузка ими перераспределяется только на рамы крепи и не передается на затяжку.
Установленный механизм позволяет сформировать требования к параметрам межрамно-го ограждения:
- податливость затяжки должна обеспечивать возможность образования сводов естественного равновесия внутри ЗРП в межрамном пространстве без ее разрушения;
- несущая способность затяжки должна приниматься такой, чтобы воспринимать нагрузку от веса пород в пределах свода естественного равновесия.
Обобщая результаты проведенных исследований можно отметить следующее:
- Затяжка, как жесткая, так и податливая, участвует в процессе формирования нагрузки на крепь при шаге установки рам крепи 0,5 м и более. При шаге установки рам крепи менее 0,5 м, роль затяжки сводится только к удержанию забутовочного материала;
- При жесткой затяжке нагрузка на рамы крепи уменьшается с увеличением плотности установки рам, т.е. жесткая затяжка только перераспределяет нагрузку от смещений контура на рамы крепи. При этом над рамами наблюдается концентрация давления и более интенсивное разрушение массива;
- При податливой затяжке нагрузка на рамы крепи при шаге их установки более 0,5 м и давления в глубине массива распределяются равномерно и существенно не зависят от расстояния между рамами. При шаге установки рам крепи менее 0,5 м, нагрузка на рамы и давление в глубине массива распределяется аналогично, как и при жесткой затяжке;
- При податливой затяжке, по мере роста зоны разрушенных пород вокруг выработки вглубь массива и прогиба затяжки, между рамами крепи, вдоль выработки, образуется свод естественного равновесия. При этом, после завершения формирования свода естественного равновесия, нагрузка на рамы крепи, с увеличением внешнего давления, возрастает более интенсивно;
- При податливой затяжке и шаге установки рам крепи более 0,5 м, нагрузка на рамы на 30-40% меньше, чем при жесткой затяжке.
— Коротко об авторах
Дем- прь лицея.
