CC BY
35
ІАР 8
АД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2000"
С.Б. С.В.
Тулуб, А.И. Панишко, Мартыненко, 2000
УЛК 622.831
С.Б. Тулуб, А.И. Панишко,
С.В. Мартыненко
ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АРОЧНОЙ КРЕПИ И ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ПОЛУЧЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ
Актуальность обеспечения эксплуатационного состояния горных выработок в течение всего срока службы без их ремонта или существенного уменьшения объемов этих работ на шахтах Центрального Донбасса связана, прежде всего, со сложными горно-геологическими условиями залегания угольных пластов, слабыми породами и быстро увеличивающейся глубиной разработки.
Одним из эффективных способов повышения устойчивости горных выработок является изменение формы их поперечного сечения с учетом исходного напряженного состояния массива. Горное давление в выработке после создания новой формы крепи будет проявляться с меньшей интенсивностью, значительно снизятся нагрузки на крепь и смещения пород, что позволит перейти либо к облегченным конструкциям крепи, либо к увеличению шага ее установки.
Исследования на эквивалентных материалах, выполненные в лаборатории моделирования и конструкционных материалов НГА Украины применительно к условиям Центрального Донбасса, показали, что, при одинаковых условиях
пи, но с криволинейными стойками. Таким образом, подковообразная форма крепи, приближаясь по очертаниям к кольцевой, имела большую несущую способность, которая определяется только величиной изгибающего момента Мф, прямо пропорционального, как будет показано ниже, величине загиба стоек. Выполним некоторые теоретические исследования.
Для начала рассмотрим обычную расчетную схему, которую принято представлять в виде двухшарнирной арки с симметричным загруженном (рис. 1).
На арку действуют вертикальная равномерно распределенная нагрузка интенсивностью д, а с боков - симметричная равномерно распределенная нагрузка интенсивностью Яд. Расчет крепи выполняется известными методами строительной механики.
Вертикальные реакции в опорах вследствие симметрии расчетной схемы определяются из условия ТУ = 0:
ЯА = дЯ0 (1)
Система является однажды статически неопределимой. Неизвестную реакцию находим из
нагружения, выработки, закрепленные обычной арочной податливой крепью с вертикальными стойками ведут себя хуже, чем при той же кре-
Рис. 1. Схема расчета двухшарнирной арки с вертикальными стойками
Рис. 4. Эпюры внутренних канонического
усилии:
а) крепь с вертикальными стойками;
б) подковообразная крепь
0
уравнения
811На + А1Р (2)
где 811 и А1р - единичное и грузовое перемещения соответственно, определяемые из сокращенных выражений
-М^
811 =П-А1р = zj
EI
MpM1dS
EI
(3)
(4)
Кроме того, целесообразно в дальнейших расчетах выразить величину значения прямой части стойки арки Нст через радиус выработки Я0 отношением К. Для типовых сечений горных выработок отношение К = Нст/Яо колеблется в пределах 0,34-0,67, причем изменение его в указанном интервале практически не влияет на конечные результаты. Поэтому в дальнейшем принимаем К = 0,67.
Определяя известными методами строительной механики значения М1 и Мр, раскрываем интегралы в выражениях (3) и (4), находим перемещения 811 и А1р и из формулы (2) получаем значение неизвестной реакции:
На = -А1р / 811 = дЯЛ (5)
где
-K4 nK
+
N =■
4
2
+ 3K2
- + 4K +nK2 + 2 2 3
(6)
Рис. 2. Схема расчета двухшарнирной арки с подковообразно загнутыми стойками
=mKRo, где 0 < т < 1 стойки, получаем
Таблица
условная часть высоты
Изменив после этого расчетную схему (рис. 2), составим уравнение моментов от внешних сил для криволинейной стойки. Предварительно введем новую константу с = l/Ro - отношение величины загиба стоек к радиусу выработки. Приравняв полученное выражение к нулю и решив его относительно х, получим
координаты оптимальной формы кривизны стойки, в которой изгибающие моменты будут практически отсутствовать:
Л 2 2
-—qy-----^2— - qRo (RoC - x)-NRoqy = 0 (7)
Выразив y через радиус выработки у =
Рис. 3. Оптимальные формы кривизны стоек для подковообразной крепи
Условная вы-стойки m Коэффициент бокового давления
0,3 0,4 0,5
0 0,29 0,29 0,29
ОД 0,27 0,26 0,26
0,2 0,24 0,23 0,23
0,3 0,21 0,2 0,19
0,4 0,18 0,17 0,15
0,5 0,15 0,13 0,11
0,6 0,13 0,1 0,08
0,7 0,09 0,06 0,03
0,8 0,06 0,03 0,01
0,9 0,03 0,0 0,0
1 0,0 0,0 0,0
2
— = 1 -УІ1 -Хт2К2 - 2с - Хт Я
(8)
Определяя значения х/Я0 при К = 0,67 и с =
0,25 при различных значениях х, сводим их в таблицу.
Результаты расчета криволинейной формы стойки (х/Я0)
Для получения наглядной картины по рассчитанным значениям координат строим кривые, представляющие собой оптимальную форму стоек для различных значений бокового давления (рис. 3). Как видно, полученная форма близка к подковообразной, моделирование с которой и проводилось. Поэтому можно сделать вывод, что придание очертанию крепи именно такой формы, позволит избежать нежелательных изгибающих моментов.
Внутренние усилия в опорах крепи определялись из условия их неподвижности, обеспечиваемой установкой стоек в лунки. В этом случае работа арки практически не будет отличаться от работы цельного кольца, а внутренние усилия в рассматриваемом случае могут быть определены по формуле
м ф
—2 = -Х ят ф - ХК +
• 2 л • 2 т^2
ят ф Х ят ф . К (9)
-----------------ХКзтф-Х . \у)
2 2 2
Фо
Подставляя в формулу (9) наиболее близкое к условиям Центрального Донбасса значение Х =
0,4, по полученным значениям строим эпюры изгибающих моментов для сравниваемых вариантов крепей (рис. 4). Как видно из этого конкретного примера, максимальные моменты в подковообразной крепи значительно ниже, чем при обычной с вертикальными стойками.
Результаты проведенных исследований положены в основу разработки конструкции подковообразной крепи подготовительных выработок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гелескул М.Н., Хорин В.Н. и др. Справочник по креплению горных выработок. — М. : Недра, 1976, 508 с.
Тулуб С.Б. кандидат технических нау к, Национальная горная акаде-
мия Украины.
Паишшко А.И. инженер, Национальная горная академия Украины.
/ Мартыненко С.В. инженер, Национальная горная академия Украи-
ны. /
і-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-/
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 71 мин.
Дата печати: 11.12.2008 0:09:00
При последней печати страниц: 3
слов: 905 (прибл.)
знаков: 5 164 (прибл.)
ТУЛУБ
G:\С диска по работе в универе\GIAB_20\GIAB12_0\MACET
C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do
УДК
Гитис Л.Х.
14.11.2000 17:00:00 11
10.12.2008 23:35:00 Таня
