CC BY
39
УДК 622.281.74/.76
Н.С. Булычёв, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, g-sps@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
A.B. Барковский, ассист., (4872) 35-21-13, g-sps@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА НА УСТОЙЧИВОСТЬ МАССИВА ПОРОД
Рассмотрено влияние анкерной крепи замкового типа на устойчивость породных обнажений вокруг горных выработок по размерам и конфигурации условных зон разрушения пород.
Ключевые слова: анкерная крепь, горная выработка, массив пород, метод расчета, напряженное состояние, оценкаустойчивости.
В результате разработанного автором метода расчета напряженного состояния массива пород, армированного системой замковых анкеров, появилась возможность исследования устойчивости породных обнажений вблизи вертикальной горной выработки.
Для оценки устойчивости принят предложенный проф. Н.С. Булычевым совместно с проф. H.H. Фотиевой метод интегральной оценки устойчивости обнажений пород по конфигурации и размерам возможных (условных) зон неупругих деформаций (разрушения) пород вокруг выработки [1, 2].
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:
(аг - ае )2 + 4^ < [ar + ае + 2Cctgq>f • sin2 ф,
где ar и &в - соответственно нормальные радиальные и нормальные тангенциальные напряжения, МПа; тгв - касательные напряжения, МПа; С - коэффициент сцепления горных пород, МПа; ^ - угол внутреннего трения пород, град.
Результаты исследования устойчивости выработки, закрепленной анкерами, от основных влияющих факторов (длины и плотности установки анкеров, прочностных характеристик пород) приведены в таблице.
Расчет произведен на примере вертикального ствола глубиной Н=100 м, радиусом r1=3 м при коэффициенте бокового давления Х=0,43, удельный вес пород у=0,022 МН/м , отношение модуля деформации анкера к модулю деформации пород Ea/E0=100.
Распределениеусловных зон неупругих деформаций пород вокруг горной
выработки, закрепленной анкерами замкового типа
Радиус зоны неупругих де-
формаций, м
выработка, закреп-
Коэффициент Угол внутренне- Количество Длина неза- ленная анкерами
креп-
сцепления го трения анкеров анкера лен-
С, МПа 9, град Па, ШТ. 1а, М ная выра- ботка на оси анкера между анкерами
24 2,0 4,00 3,90 3,90
36 2,0 4,00 3,90 3,90
45 2,0 4,00 3,90 3,90
30 24 3,0 4,00 3,90 3,90
36 3,0 4,00 3,90 3,90
45 3,0 4,00 3,90 3,90
24 4,0 4,00 3,90 3,90
36 4,0 4,00 3,90 3,90
0,10 45 4,0 4,00 3,90 3,90
24 2,0 3,60 3,20 3,60
36 2,0 3,60 3,20 3,60
45 2,0 3,60 3,20 3,60
40 24 3,0 3,60 3,20 3,60
36 3,0 3,60 3,20 3,60
45 3,0 3,60 3,20 3,60
24 4,0 3,60 3,20 3,60
36 4,0 3,60 3,20 3,60
45 4,0 3,60 3,20 3,60
24 2,0 3,40 3,20 3,30
36 2,0 3,40 3,20 3,30
45 2,0 3,40 3,20 3,00
24 3,0 3,40 3,20 3,30
30 36 3,0 3,40 3,20 3,30
45 3,0 3,40 3,20 3,00
24 4,0 3,40 3,20 3,30
36 4,0 3,40 3,20 3,30
0,35 45 4,0 3,40 3,20 3,00
24 2,0 3,20 3,20 3,10
36 2,0 3,20 3,10 3,00
45 2,0 3,20 3,20 3,00
40 24 3,0 3,20 3,20 3,10
36 3,0 3,20 3,20 3,00
45 3,0 3,20 3,20 3,00
24 4,0 3,20 3,20 3,10
36 4,0 3,20 3,10 3,00
45 4,0 3,20 3,10 3,00
По результатам расчетов, представленных в таблице, для С=0,1 МПа и ф=30 0 видно, что при изменении числа анкеров и длины зам-
ковых анкеров размер условной зоны разрушения пород от контура выра-
187
ботки снижается на 10 % как по линии установки анкеров, так и между анкерами. При ф=40 0 уменьшение условной зоны разрушения пород составляет 0,4 м, т.е. 67 % в местах установки анкеров, а между анкерами радиус зоны неупругих деформаций не изменяется.
Для результатов расчета при С=0,35 МПа и ф=30 0 условная зона разрушения пород от контура ствола снижается в местах установки анкерных штанг на 50 %, в межанкерном пространстве - на 25 %. При установке 45 замковых анкеров зона неупругих деформаций замыкается на контур горной выработки.
В случае, когда С=0,35 МПа и ф=40 0 условные зоны разрушения пород окружающих вертикальную выработку по линии установки штанг при na равном 36 и 45 анкеров и длине анкера равной 2 и 4 м снижается на 50 %, в межанкерном пространстве при установке в выработку 24 анкеров в независимости от длины замкового анкера - 50 % и при установке 36 или 45 анкеров на 100 %.
Из представленных результатов можно сделать вывод о том, что при данных параметрах анкерного крепления выработки, замковые анкера в местах их установки снижают величину условной зоны разрушения пород от 10 до 67 %, а в массиве между анкерами от 10 до 100 % (замыкание на контур выработки).
Для принятых значений прочностных характеристик пород можно сделать вывод о том, что максимальная устойчивость массива будет обеспечена при установке в выработку:
при C=0,1 МПа - 24 анкеров длиной la=2,0 м;
при C=0,35 МПа и ф=30 0 - 45 анкеров с la=2,0 м;
при C=0,35 МПа и ф=40 0 - 36 анкеров длиной, равной 0,7гь
Список литературы
1. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н. Оценка устойчивости пород, окружающих горные выработки // Шахтное строительство. 1977. № 3. С.14-18.
2. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи вертикальных выработок. М.: Недра, 1986. 288 с.
N. Bulichev, A. Barcovskiy
Influence of anchoring vertical shafts upon rock massif stability
The problem of studying influence of locking bolting upon rock massif stability round vertical shafts with taking into account sizes and configuration of rock ruptured zones is considered.
Key words: bolting, tunnel, rock massif, calculating method, stress condition, evaluating stability.
Получено 22.09.10
