CC BY
54
Г еотехнология
43
УДК 622.281.5
П. М. Будников
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ АРОЧНЫХ КРЕПЕЙ В ЖЕСТКОМ И ПОДАТЛИВОМ РЕЖИМАХ ИЗ СВП-33 ДЛЯ УСТЬЕВ НАКЛОННЫХ СТВОЛОВ
Существующие типовые и унифицированные сечения капитальных горизонтальных и наклонных горных выработок с различными видами крепи ограничены максимальной площадью поперечного сечения в свету 18-20 м2.
Исходя из этого, в проектах производства работ при необходимости разрабатываются и закладываются сечения выработок различных форм и размеров с площадью поперечного сечения в свету более 18-20 м2.
Разрабатываемые металлические рамные крепи, согласно [1, 2], должны пройти приемочные испытания. Их параметры (размеры, податливость, несущая способность, сопротивление, стабильность работы в податливом режиме) должны соответствовать требованиям ГОСТа [1].
В России определить несущую способность, сопротивление, податливость и коэффициент использования несущей способности рамных крепей
в натуральном виде можно в двух местах: НИЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского (г. Люберцы, Московской обл.) и в ОАО «КузНИИшахтострой» (г. Кемерово). В этих организациях имеются стенды для испытания рамных и анкерных крепей.
На основе проведения анализа и требований [1,2] в ОАО «КузНИИшахтострой» были разработаны типы металлических крепей арочной формы, представленные в табл. 1 и 2.
Стендовые испытания проводились в двух режимах: жестком и податливом [3,4].
В результате выполненных в соответствии с требованиями ГОСТ [2] приемочных испытаний металлической четырех- и пятизвенной арочной крепей в жестком режиме определены: несущая способность рам (Рн), удельная масса (Мг), прогиб верхняка (/гв) для всех типоразмеров крепи, результаты которых представлены в табл. 1 и на рис. 1, 2, 3.
Таблица 1 - Результаты испытаний металлической арочной крепи в жестком режиме
Типоразмер крепи Р„, кН/раму му • ю-3, кг/кН • м2 Ив, мм
КМП-А4У-22-ЗЗр 520 50 320
КМП-А4У-24-ЗЗр 490 48 335
КМП-А4У-27-ЗЗр 450 50 340
КМП-А4У-30-ЗЗр 430 50 360
КМП-А4-21-33 693 37 298
КМП-А4-24-33 663 36 330
КМП-А4-27-33 619 34 340
КМП-А4-30-33 545 38 361
КМП-А5-21-33 728 37 282
КМП-А5-24-33 698 36 304
КМП-А5-27-33 650 34 326
КМП-А5-30-33 625 36 346
Таблица 2 - Испытание металлической арочной крепи в податливом режиме
Типоразмер крепи Рс, кН/раму Кн, % Го, мм Гэ, кДж
КМП-А4У-22-ЗЗр 340 7,2 290 103,0
КМП-А4У-24-ЗЗр 330 8,1 305 101,0
КМП-А4У-27-ЗЗр 315 8,7 315 98,0
КМП-А4У-30-ЗЗр 295 9,1 325 93,0
КМП-А4-21-33 444 9,8 175 278,0
КМП-А4-24-33 399 9,6 217 261,0
КМП-А4-27-33 354 9,5 259 244,0
КМП-А4-30-33 263 9,2 343 198,0
КМП-А5-21-33 387 10,0 192 235,0
КМП-А5-24-33 340 9,8 236 217,0
КМП-А5-27-33 294 9,7 280 200,0
КМП-А5-30-33 274 8,0 360 196,0
44
П. М. Будников
На основании результатов испытаний металлических рамных крепей в жестком режиме и построенных на их основе графиков установлено, что уменьшение несущей способности от 14,1 % до 21,3 %, при прочих равных условиях, происходит с увеличением площади поперечного сечения,
при этом удельная масса претерпевает незначительные изменения в большую на 4 % или в меньшую сторону на 2,7 %, а прогиб верхняка увеличивается с возрастанием площади поперечного сечения крепи от 11,1 % до 18,5 %.
При испытании крепи в податливом режиме
Рис. 1 - График зависимости несущей способности рамы крепи от ее типоразмера
S ас 60
"и Ъй 50
2 S се О. 40
се о g 30
S § 20
X л 5 10
Е[ >> 0
у ='-0,0667х + 47,8
1 У = 1 1 0,0333х + 35 -0,1667х + 41 Г >,4
У - J
20
22 24 26 28
Типоразмер крепи, м2
30
- КМП-А4У-ЗЗр КМП-А4У-33
■ КМП-А5-33
32
Рис. 2 - График зависимости удельной массы рамы крепи от ее типоразмера
Рис. 3 - График зависимости прогиба верхняка рамы крепи от ее типоразмера
Г еотехнология
45
Рис.4 - График зависимости сопротивления рамы крепи от ее типоразмера
Рис. 5 - График зависимости наработки до отказа рамы крепи от ее типоразмера
300 П 250
ы
£ 200
1 150
<D
г юо
а.
0 -I--------------------------------------------------------------
20 22 24 26 28 30 32
Типоразмер крепи, м2
—♦ - КМП-А4У-ЗЗр КМП-А4У-33 —а— КМП-А5-33
ш- — . , у = -8,56 б7х + 463,7
у = -4,46 'б7х + 325,9' 1
У = -1,1х '+126,8
Рис. 6 - График зависимости энергоемкости рамы крепи от ее типоразмера
определены: конструктивная податливость вертикальная (И) и горизонтальная (в), нахлест в конце испытаний средний (/ср), сопротивление (Рс), наработка до отказа (Г0), стабильность работы (Кн), энергоемкость (Рэ) для всех типоразмеров
крепи, результаты которых представлены в табл. 2 и на рис. 4, 5, 6.
Установленная несущая способность крепи всех типоразмеров оказалась не ниже регламентируемой [1].
46
П. М. Будников
Конструктивная податливость (вертикальная и горизонтальная), сопротивление и стабильность работы в податливом режиме находятся в пределах, установленных [1].
На основании результатов испытаний металлических рамных крепей в податливом режиме и установленных зависимостей выявлено, что уменьшение сопротивления от 13,2 % до 40,8 %, при прочих равных условиях, происходит с увеличением площади поперечного сечения, при этом наработка до отказа в некоторых случаях увеличивается незначительно на 10,8 %, а в некоторых случаях увеличивается на 49 %, энергоемкость уменьшается с возрастанием площади поперечного сечения крепи от 9,7 % до 28,8 %.
На основании данных, полученных при испытании в жестком и податливом режимах, расчетным путем определен коэффициент несущей способности крепи (К„.с). Результаты представлены в табл.. 3.
Таблица 3 - Коэффициент несущей способности _________________крепи_________________
Типоразмер крепи К„.С, %
КМП-А4У-22-ЗЗр 65
КМП-А4У-24-ЗЗр 67
КМП-А4У-27-ЗЗр 70
КМП-А4У-30-ЗЗр 69
КМП-А4-21-33 64
КМП-А4-24-33 61
КМП-А4-27-33 57
КМП-А4-30-33 48
КМП-А5-21-33 66
КМП-А5-24-33 63
КМП-А5-27-33 60
КМП-А5-30-33 48
Результаты выполненных испытаний положены в основу для разработки металлических рамных крепей для устьев строящихся и реконструируемых шахт Кузбасса [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ Р 51748-2001. Крепи металлические податливые рамные. Крепь арочная. Общие технические условия : введ. с 01.01.2002. - М. : Госстандарт России, 2001. - 12 с.
2. ГОСТ Р 50910-96. Крепи металлические податливые рамные. Методы испытаний : введ. с 01.01.1997. - М. : Госстандарт России, 1996. - 11 с.
3. Войтов, М. Д. Исследование несущей способности крепи КМП-АЗМ из спецпрофиля СВП / М. Д. Войтов, П. М. Будников, С. Г. Ващенко // XIII Международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири». Кемерово 28-29 октября 2010. с. 228-231.
4. Войтов, М. Д. Исследование и анализ стендовых и приемочных испытаний металлических арочных крепей из СВП / М. Д. Войтов, С. Г. Ващенко, П. М. Будников // Вестник КузГТУ. - 2011. - № 6 с. 21-25.
5. Патент РФ на полезную модель № 59726. Крепь горной выработки / Авт. М. Д. Войтов, В. В. Першин, К. В. Садыков, П. М. Будников. Опубл. 27.12.2006. Бюл. № 36.
Автор статьи
Будников Павел Михайлович старший преподаватель кафедры строительства подземных сооружений и шахт КузГТУ.
E-mail: bpml975@mail.ru
