Определение параметров крепления элементов армировки вертикальных стволов с учетом ожидаемых отклонений крепи от проекта Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Е=2 73°.<К5р-1<Г6 +1,45 . 52,5^ ф, + 132,5 . ( Гщ„ )2 ; (Ю)

’ 10 0,015 ’

при £ фл >1 м:

Е= 2,730’025-р'10~6+1’45 •185 • (-^)2. (11)

10 0,015

Если принять, что достаточным условием разрушения является создание в породе предельных напряжений (в нашем случае растягивающих), т. е. р > Орпр , где

Орр - предел прочности

породы на растяжение, то по формулам (9), (10), (11) можно рассчитывать энергию удара инструмента, необходимую для

образования трещины в шпуре.

Значения Орпр некоторых горных пород

и соответствующие им Е, рассчитанные по формуле (11), приведены в таблице.

Полученные таким образом данные могут использоваться при выборе энергетических параметров ударной машины, обеспечивающей гарантированное разрушение. Так, например, для разрушения высокопрочных гранитов (20 МПа) достаточно воздействие инструментом с энергией удара 250-300Дж, для сверхпрочных пород, например базальт (43 МПа), требуется 450-550 Дж.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чернов О.И., Кю Н.Г. О флюидоразрыве породных массивов // ФТПРПИ. — 1988. — № 6.

2. Тамбовцев П.Н. Экспериментальные исследования процесса флюидоразрыва породных блоков ударным способом // ФТПРПИ. — 2004. — № 3.

3. Волошенко-Климовицкий Ю.Я. Динамический предел текучести. — М.: Наука, 1965.

4. Дарков А.В. Шпиро Г.С. Сопротивление материалов, - М., 1965.

5. Справочник (кадастр) физических

свойств горных пород.//под ред. Н. В. Мельникова и др., - М.: Недра, 1975.

— Коротко об авторах

Тамбовцев П.Н. - младший научный. сотрудник ИГД СО РАН, г. Новосибирск.

© А.Ю. Прокопов, 2005

УДК 622.258.3 А.Ю. Прокопов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ С УЧЕТОМ ОЖИДАЕМЫХ ОТКЛОНЕНИЙ КРЕПИ ОТ ПРОЕКТА

Семинар № 3

у Ж~ а параметры крепления элемен-.Л-А. тов армировки к стенкам ствола оказывают негативное влияние возникающие в процессе проходки радиальные отклонения контура крепи стволов от проектного положения. Крепление расстрелов армировки к монолитной бетонной (железобетонной) крепи ствола осуществляется либо заделкой одного или обоих концов в лунках на определенную расчетную глубину, либо с помощью анкеров.

Обследования стволов [1] показали, что нарушение заделки расстрелов армировки в лунках являются одним из наиболее часто встречающихся дефектов армировки (до 30 %), приводящих к ее отказу. Одной из основных причин этого дефекта, следует считать некачественную или недостаточную по длине заделку концов расстрелов в крепи ствола [2].

Глубина заделки расстрельных балок в бетонную крепь ствола определяется в зависимости от величины горизонтальной нагрузки, точки ее приложения на расстреле, типоразмера расстрельной балки, схемы ее закрепления и марки бетона.

В соответствии с требованиями [3] глубина заделки Ц концов расстрелов должна приниматься не менее:

Ц = 0,30 м - для расстрелов с двумя закрепленными концами при Ор < 30°, где щ - угол между продольной осью расстрельной балки и нормалью к поверхности крепи ствола в месте заделки (рис. 1);

Ц = 0,35 м - для расстрелов с двумя закрепленными концами при Ор > 30°;

Рис.1. Схема определения фактической глубины заделки расстрела

tp = 0,45 м для консольных одинарных расстрелов;

tp = 0,40 м для консольных П-образных расстрелов;

tp = 0,25 м для расстрелов лестничного отделения.

Исследуем влияние радиальных отклонений AR крепи ствола от проектного положения на глубину заделки расстрельной балки (рис. 1).

Фактическая глубина заделки tp^ определится по формуле AR

t , = t +-------.

р.Ф р

cos

Из рис. 1 следует, что глубина заделки расстрела при проектировании tpn для обеспечения гарантируемой величины должна приниматься с учетом средней максимальной величины радиальных отклонений стенки ствола от проектного положения, те.

а)

б)

Используя данные средних максимальных значений радиальных отклонений по стенке крепи, приведенные в работах [2, 4], определим с их учетом ожидаемые глубины заделки концов расстрела для:

Рис. 2. Номограммы для определения поправочных коэффициентов к величине заделки расстрельных балок в крепь ствола: а - для центральных и хордальных расстрелов; ; б - для консолей

• расстрелов с двумя закрепленными концами при &р < 30°;

• расстрелов с двумя закрепленными концами при ®р > 30°;

• консольных одинарных расстрелов при щ, > 30°;

и сравним их с требуемыми нормативными значениями.

Результаты расчетов сведем в табл. 1-3.

На основании полученных данных следует сделать следующие выводы:

• наблюдаемые на прак-

тике радиальные отклонения крепи вертикальных стволов существенно сказываются на величине необходимого запаса длины расстрела (консоли),

заделываемого в крепь, которая зависит от глубины и диаметра ствола, а также угла щ, между продольной осью расстрела и нормалью к поверхности крепи ствола в месте заделки, и колеблется в пределах от 23 до 254 мм;

• при использовании хордальных расстрелов нецелесообразно проектировать схемы армировки с углом между продольной осью расстрела и нормалью

Таблица 1

Ожидаемые минимальные глубины заделки расстрелов с двумя закрепленными концами при щ, £30°

Глубина ствола, м

Глубина заделки расстрела, мм, при диаметре ствола Эсв, м,

Эсв = 6 м

Эсв = 7 м

Эсв = 8 м

и угле Шр, град, ме^ду расстрелом и нормалью к поверхности крепи ствола в месте заделки

0° 10° 20° 30° 0° 10° 20° 30° 0° 10° 20° 30°

200 277 277 276 274 276 276 275 272 276 276 275 272

400 271 270 269 267 268 267 266 263 267 266 265 262

600 266 265 264 261 262 261 260 256 259 258 257 253

800 255 254 252 248 250 249 247 242 240 239 236 231

1000 244 243 241 236 238 237 234 228 233 232 229 223

1200 222 220 217 210 217 215 212 205 213 211 208 200

Таблица 2

Ожидаемые минимальные глубины заделки расстрелов с двумя закрепленными концами при щ, >30°

Глубина ствола, м

Глубина заделки расстрела, мм, при диаметре ствола Эсв, м,

Эсв = 6 м

Эсв = 7 м

Эсв = 8 м

и угле Шр, град, ме^ду расстрелом и нормалью к поверхности крепи ствола в месте заделки

40° 50° 60° 70° 40° 50° 60° 70° 40° 50° 60° 70°

200 320 314 304 283 319 313 302 280 319 313 302 280

400 312 305 292 265 308 300 286 257 307 299 284 254

600 306 297 282 251 301 291 274 239 297 286 268 230

800 292 280 260 219 285 272 250 204 272 256 230 175

1000 277 263 238 186 269 253 226 169 263 245 216 154

1200 249 228 194 122 242 221 184 108 237 214 176 96

Таблица 3

Ожидаемые минимальные глубины заделки одинарных консолей при а>р> 30°

Глу-

бина

ство-

Глубина заделки расстрела, мм, при диаметре ствола Эсв, м,

Эсв = 6 м

Эсв = 7 м

Эсв = 8 м

и угле Шр, град, ме^ду расстрелом и нормалью к поверхности крепи ствола в месте заделки

30° 40° 50° 60° 70° 30° 40° 50° 60° 70° 30° 40° 50° 60° 70°

200 424 420 414 404 383 422 419 413 402 380 422 419 413 402 380

400 417 412 405 392 365 413 408 400 386 357 412 407 399 384 354

600 411 406 397 382 351 406 401 393 374 339 403 394 386 368 330

800 398 392 380 360 319 392 385 372 350 304 381 372 356 330 275

1000 386 377 363 338 286 379 369 353 326 269 373 363 345 316 254

1200 360 349 328 294 222 355 342 321 284 208 350 337 314 276 196

• к поверхности крепи ствола в месте заделки щ, > 60°, так как это требует значительного увеличения длины заделки и приводит к неоправданному завышению металлоемкости конструкции (на 35-55 %), трудоемкости разделки лунок и бетонирования концов расстрелов и значительному нарушению сплошности крепи;

• при использовании одинарных консолей максимальное значение угла щ, в силу указанных выше факторов не должно превышать 45°;

• расчет глубины заделки расстрела или консоли в крепь должен производиться с учетом возможного радиального отклонения контура крепи ствола от проектного положения, при этом необходимый запас глубины заделки может выражаться поправочным коэффициентом, зависящим от глубины, диаметра ствола и угла ш^. Рекомендуемые значения поправочных коэффициентов к3 для расчета глубины заделки, учитывающих ожидаемые отклонения крепи ствола от проектного положения, можно определить в зависимости от указанных факторов по номограммам, приведенным на рис. 2.

Крепление расстрелов бетонированием в лунках имеет ряд трудноустранимых недостатков, поэтому в настоящее время все большее распространение получают различные способы крепления расстрелов с помощью анкеров. Крепление расстрелов анкерами к стенке крепи ствола может осуществляться с помощью опорных промежуточных кронштейнов или непосредственно к крепи ствола. Конструкции узлов крепления расстрела на кронштейне обеспечивают возможность регулирования положения расстрела при монтаже в горизонтальной плоскости вдоль продольной оси расстрела и перпендикулярно ей в соответствии с требованиями [5] соответственно на ±100 и ±50 мм. Регулирование длины расстрела обеспечивается специальными раздвижными устройствами, устанавливаемыми на его концах.

Величина регулирования определяется длиной пазов на коротышах расстрела, которая регламентируется равной 100 мм, обеспечивая регулирование вдоль продольной оси ±50 мм. Регулирование в перпендикулярном направлении к продольной оси расстрела не предусматривается, так как установка расстрела производится с помощью специального шаблона, обеспечивающего высокую точность монтажа. Величина регулирования длины расстрела должна соответствовать величинам максимальных и минимальных фактических отклонений крепи ствола от проектного положения, приведенным в [6].

При креплении расстрелов нерегулируемой длины непосредственно к стенкам крепи ствола анкерами опорные плиты расстрела не прижимаются к стенкам крепи, а опираются на концы выдвинутых в ствол анкеров, которые образуют пространственную конструкцию. Максимальная величина зазора между опорной плитой расстрела и стенкой ствола регламентируется 100 мм, минимальная - 30 мм по условиям монтажа.

Проверим соответствие рекомендуемой нормативными документами величины регулирования расстрела вдоль продольной оси результатам статистической обработки фактических данных отклонений стенок крепи ствола от проектного положения. На основании анализа полученных данных можно сделать следующие выводы:

• нормативные рекомендации по величине регулирования длины расстрела полностью удовлетворяют фактическим условиям эксплуатации расстрелов только при их расположении в сечении с углами Фр < 30° (т.е. центральных расстрелов и хордальных, расположенных в центральной части ствола и отсекающих дугу по контуру крепи величиной не менее 120°);

• при расположении хордальных

расстрелов с углами 30° < < 60° (т.е. в

периферийных зонах поперечного сече-

ния, с отсечением дуги 60-120°) в стволах глубиной свыше 1000 м (при Бсв = 67 м) и свыше 800 м (при Бсв = 8 м), соблюдение нормативных рекомендаций не обеспечивает необходимой величины регулирования расстрела в продольном направлении. Ее значение должно быть увеличено по сравнению с нормативным в зависимости от глубины на 12-56 % в стволах с Бсв = 6-7 ми на 20-74 % - в стволах с Бсв = 8 м;

• проектирование хордальных расстрелов с щ, > 60° технически и экономически нецелесообразно;

1. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко ИА. Технология армирования вертикальных стволов -М.: Недра, 1996. - 202 с.

2. Прокопова М.В. Обоснование параметров крепи и жесткой армировки глубоких вертикальных стволов с учетом фактических отклонений от проекта в процессе проходки. Дисс... канд. техн. наук. -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - 139 с.

3. Методика расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт. - Донецк: ВНИИГМ им. М.М. Федорова, 1985.- 160 с.

4. Левит В. В. Разработка и обоснование технологии и параметров армирования вертикальных

• одинарные консоли должны проектироваться с углом щ, < 45°, в этом случае предусмотренная нормативами величина регулирования длины консоли отвечает фактическим условиям эксплуатации армировки во всех стволах, за исключением глубоких стволов, для которых предел регулируемости консоли должен быть увеличен на 2-11 % при 1100 <Н < 1200 мина 12-25 % при Н > 1200 м (в зависимости от диаметра ствола) относительно нормативных значений.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

стволов с применением расстрелов на анкерах. Дисс. канд. техн. наук. Днепропетровск. - Гос. горн. акад. Украины. 1993. - 166 с.

5. Инструкция по проектированию и монтажу армировки вертикальных стволов шахт с креплением элементов армировки на анкерах РД. 12.18.089 -90 - Харьков. ВНИИОМШС, 1990. - 83 с.

6. Прокопов А.Ю., Прокопова М.В. Проектирование параметров жесткой армировки с учетом ожидаемых отклонений крепи стволов от проектного положения// Известия ТулГУ. Серия Геомеханика. Механика подземных сооружений. Вып. 2. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - С. 212-216.

— Коротко об авторах

Прокопов А.Ю. - Шахтинский институт ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты.

© С.Г. Страданченко, 2005