Несущая способность арочной крепи и сопротивление просадке

18.03.2020

Причину частых аварий со штрековой крепью можно видеть в том, что до последнего времени при проектировании штреков нельзя было дать количественную оценку ожидаемой конвергенции. Другая причина — отсутствие достаточно надежных сведений о допустимой степени деформирования крепи, при которой еще не теряется ее несущая способность. Их удалось получить путем шахтных наблюдений и измерений и экспериментов на моделях.

На простом испытательном стенде с моделью арочной крепи в масштабе 1:10 исследовались несущая способность и сопротивление крепи при просадке четырехзвенной арки. Имитация относительного (по отношению к почве) оседания кровли и прилегания арок крепи к породному контуру выработки обеспечивалась прижимными винтами. Арки крепи изготовляли из выдержанного в масштабе модели спецпрофиля из чистого алюминия (соответствующего спецпрофилю ТН48 линейной плотностью 29 кг/м) с пределом текучести 40 МПа, что соответствовало уменьшенному в 10 раз пределу текучести стали. Coпpoтивление проскальзывания в податливых соединениях звеньев крепи на модели можно было регулировать до усилия 600 кН. Сопротивление крепи измерялось на верхнем прижимном винте. Остальные прижимные винты создавали для арочной рамы опору, как это имеет место в натурных условиях при достаточно плотном заполнении закрепного пространства.

Экспериментами установлена большая податливость арочной крепи при равномерном нагружении. При опускании кровли, составлявшем 35% начальной высоты штрека, элементы крепи не подверглись каким-либо разрушающим деформациям.

Эксперименты показали, что звенья крепи без осложнении вдвигались друг в друга в элементах податливости при начальном сопротивлении просадке 50 и 200 кН (рис. 7.6). Несущая способность крепи зависела от величины опускания кровли. В то время как при начальном сопротивлении просадке 200 кН максимальная несущая способность доходила до 1400 кН, при более высоком начальном сопротивлении просадке в 300 кН не было достигнуто и половины такой несущей способности, так как податливость соединений секций была заблокирована уже при небольшой конвергенции и арочные рамы подверглись сильной деформации.

Подобные же результаты были получены при моделировании арочной крепи из спецпрофиля линейной плотностью 36 кг/м при площади поперечного сечения в свету 16,8 м2. Податливые соединения обладали сопротивлением просадке 150 кН. Такая крепь с медленным нарастанием сопротивления приобрела несущую способность в 700 кН лишь после относительного опускания кровли на 25% исходной высоты, что в шахтных условиях с учетом поднятия почвы соответствует общей конвергенции в 75%. Это объясняет, почему такая крепь при забутовке закрепного пространства вручную не оказывает какого-либо воздействия на конвергенцию в штреке (даже при оптимальном соотношении начального сопротивления просадке, линейной плотности спецпрофиля крепи и площади поперечного сечения выработки). Если бы начальное сопротивление просадке у таких арочных рам было отрегулировано на 200 кН, то недопустимые деформации крепи начались еще при относительном опускании кровли на 20% исходной высоты выработки. Также и у этой мощной крепи ее несущую способность не удалось повысить за счет увеличения сопротивления просадке в элементах податливости. В то же время сопротивление просадке меньше 150 кН уменьшило максимальную несущую способность указанной крепи.

Податливая арочная крепь из спецпрофиля линейной плотностью 36 кг с достаточно хорошим заполнением закрепного пространства достигает максимальной несущей способности в том случае, если начальное сопротивление просадке ее податливых соединений выбирается в зависимости от площади поперечного сечения выработки (рис. 7.7). Так, для площади поперечного сечения 12 м2 оптимальным является начальное сопротивление просадке в 200 кН, а для 22 м2 — 100 кН. Величина несущей способности крепи снижается при этом с 800 кН при площади поперечного сечения 12 м2 до 600 кН при 22 м2.

Результаты шахтных измерений приведены на графике (рис. 7.8). Здесь приведены средние значения и ширина зоны разброса результатов измерений сопротивления 36 боковых податливых соединений четырехзвенных податливых арочных рам в зависимости от величины просадки. Причинами столь большого разброса измеренных значений являются:

- скачкообразная просадка крепи;

- внедрение стоек рам в породную мелочь или в породы почвы;

- точечный контакт рам с приконтурным породным массивом.

Оказалось, что штреки при применении достаточно тяжелых спецпрофилей крепи, небольшом расстоянии между рамами и тщательной установке крепи могут надежно поддерживаться в не особенно трудных горно-геологических условиях. При дальнейшем углублении горных работ добиваться этого будет труднее.
Несущая способность арочной крепи и сопротивление просадке


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна