Крепь горных выработок

(50 4 Е 21 Р 11 САНИЕ ИЗОБРЕТ СВИДЕТЕЛьСТ АВТОРЧИК полнена и центр системе из о 8,ф) а Яг(1-с АК) ат +2 5 О(.2(1.со где С,М его рочноссжатииотки; стенеа на и ы;,00 ного ОО тые ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Днепропетровский государственный ордена Трудового Красного Знамени проектный институт "Днепрогипрошахт"(56) Пиньковский Г,С, Повьппениеустойчивости горных выработок нашахтах Западного Донбасса. Экспрессинформация,-М.: ЦНИЭИуголь 1977,с. 16-18.Патент ФРГ йд 1229965,кл, Е 21 Р 11/30, 1966.(54) (57) КРЕПЪ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК,включающая соединенные узлами податливости верхняк и стойки, нижние концы которых снабжены съемнымиопорными плитами Д -образной формыс загнутыми вниз стопорными стенками, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью снижения затрат наизготовление крепи и улучшения режима ее работы путем повьппения сопротивляемости боковым нагрузкам,стопорная стенка опорной плиты вывиде дуги с радиусом гьным углом О(, которые впорная плита - порода опаны уравнением соответственно сние, угол внутретрения и пределти при одноосномпород почвы выратолщина стопорноки;коэффициент тренталла о породу;вертикальная нагрстойку крепи;предел текучестила;ширина опорной плдлина горизонтальучастка опорной плиИзобретение относится к горнойпромьшленности и предназначается длякрепления горных выработок, поддерживаемых в неустойчивых породах,Цель изобретения - снижение затрат на изготовление крепи и улучшение режима ее работы путем повышения сопротивляемости боковым нагрузкам,На фиг.1 изображена крепь горнойвыработки, поперечное сечение; нафиг,2 - узелна фиг,1; нафиг3 - разрез А-А на фиг. 1; нафиг,4 - расчетная схема взаимодействиястопорной стенки известной опорной плиты при ее внедрении в почвудо скола породной призмы; на фиг,5 -то же, после скола породной призмы; на фиг.б - зависимость глубинывнедрения стопорных стенок от прочности породы на сжатие в известномизобретении (кривая 1 - 0 100 кН,кривая 2 - Ц 1 200 кН, кривая 3300 кН); на фиг,7 - известныймеханизм деформирования стопорнойстенки опорной плиты при воздействии вертикальной и боковой нагрузок,первая стадия; на фиг.8 - то же,вторая стадия; на фиг,9 - то же,третья стадия;:на фиг.10 - то же,четвертая стадия; на фиг.11 - расчетная схема взаимодействия предлагаемой опорной плиты с породами почвы выработки до скола породнойпризмы; на фиг,12 - то же, послескола породной призмы,Крепь имеет рамы из спецпрофиля,состоящие из стоек 1, верхняка 2,узлов 3 податливости, съемных опорных плит 4 и затяжек 5,Съемная опорная плита содержит упор 6, ограничитель 7 и стопорную стенку 8, выполнечную в виде дуги,Рамную крепь устанавливают следующим образом.На почве выработки укладывают опорные плиты 4, повернутые стопорной стенкой 8 вниз и к центру выработки. На плитах устанавливают стойки 1 крепи с последующим закреплением верхняка 2 посредством уз-. ла 3 податливости, Положение стойки на опорной плите фиксирует упор б и ограничитель 7. Затем укладывают по контуру крепи затяжки 5 и забучивают закрепное пространство При погашении выработки крепь совмест 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 но с опорными плитами извлекаетсядля повторного использования,Предлагаемая крепь работает следующим образом,Стойки 1 совместно с опорнымиплитами 4 псд воздействием смещаюшихся во внутрь выработки породных стенок нагружаются, сопротивляясь этим смещечиям посредствомстопорных стенок, внедренных в породы почвы и, когда боковая нагрузкапревышает сопротивление породнойпризмы сколу, происходит ее скол содновременным осуществлением боковой податливости стойки и снижениемдействующей на нее боковой нагрузки,При этом реакция стойки рамы сопорной плитой ограничивает интенсивность смещения пород в выработку,предотвращая их расслоение и обрушение, В такой последовательностипроисходит противодействие рамыбоковым нагрузкам до полного затухания смещений боковых пород, Приэтом устойчивость крепи и выработкив целом повышается,Аналитическое обоснование эффективности.режимов работы опорных плитпо известному и предлагаемому техническим решениям с разработкойметода расчета оптимальных значенийпараметров стопорной стенки,Одним из главных требований,предъявляемых к крепи горных выработок в целом и к отдельным ее элементам, является равнопрочность конструкции, что обуславливает минимальную материалоемкость при максимальной несущей способности в конкретных горно-геологических условиях.С этой точки зрения необходимопровести сравнение предлагаемого иизвестного конструктивных решенийопорной плиты, как существенногоэлемента крепи, эксплуатируемой вусловиях неустойчивых пород,Рассмотрим известный механизмвзаимодействия варианта опорной плиты с породами почвы выработки. Поддействием силы О (фиг,4), характеризующей вертикальную составляющуюнагрузки на стойку рамной крепи,стопорная стенка (вследствие симметрии конструкции известной опорной плиты рассматривается работаодной стопорной стенки) опорнойплиты стремится внедриться в породы почвы и тем самым сопротивляетсяс силойбоковым нагрузкам, Внед 1209885рению стопорной стенки препятствуют также нормальная сила Р, действующая на ее торце, и касательные налпряжения тренияот действия нормальных напряжений б, появляющихся при деформировании породы в процессе внедрения в нее стопорной стенки.Максимальная величина напряжений б определяется условием скола породной призмы АВС (Фиг.4). сова=-с+ б я 1 п 9 ду,2 сб м - (2)совУ- Жд %(сов%-я 1 п Т)Величина б,а, складывается из двух составляющих: напряжений от деформирования породы при внедрении стопорной стенки и от действия бокового усилия , Первую составляющую можно принять равной пределу прочности породы на сжатие Ос.к., поскольку деформации при внедрении развиваются весьма значительные; при этом около стопорной стенки образуется некоторый слой разрушенной породы. Вторая составляющая равна(3) б= 2 ф где Ь - глубина внедрения стопорной стенки в породу;б - напряжение от действия бокового усилия Ц,а - ширина опорной плиты.Из выражений (2) и (3) определяется максимально допустимое значение бокового усилия, которое способна выдержать породная призма без скола: 2 с(Я ) =2 аЬ 1сояУ- Т(сояУ-в 1 пР)1 аж(4) Анализ выражения (4) показывает,что внедрение стопорной стенки безскола породной призмы возможно тольгде с - сцепление породы;У - угол внутреннего тренияпороды;- угол скола породной призмы.При этом возможны два случая внедрения стопорной стенки: без скола призмы и со сколом призмы в верхней части.Для случая внедрения стопорной стенки без скола призмы(6) 25 орной стенки;Г - коэффициент трения металла о породу.30 Как видно иэ расчетовэ глубинавнедрения Ь зависит от ряда параметров и прежде всего от вертикальнойнагрузки на крепь Яи прочностипород почвы на сжатие. На фиг.б приведены графики зависимости Ь от Я 4и б; для варианта известной опорйойплиты шириной а 0,2 м и толщинойстенки б = 0,810м, иэ которыхвидно, что в породах с коэффициентом крепости )1 (по шкале проф.М.М.Протодьяконова) глубина внедрения Ь не превышает нескольких сантиметров (для упрощения расчетовв известном изобретении принято вер тикальное положение стопорной стенки),Поэтому эа исключением весьмаслабых пород стопорные стенки внедряются в породу не на полную их 5 О длину и горизонтальная часть плитыне контактирует с породой и не сопротивляется боковым нагрузкам посредством сил ее трения о породу, ався нагрузка передается на стопорные стенки (фиг.5). Тогда максимальное сопротивление 1) стопорной стенки изгибу от действия боковой нагрузки определяется по Формуле ко для весьма ограниченной группыпород, характеризующейся большимсцеплением и малой прочностью насжатие, В подавляющем же большинстве случаев происходит скол призмы.Но по мере развития этого процес"са увеличивается длина АВ плоскостинаименьшего сопротивления (фиг.4)и, следовательно, увеличивается 1 О сопротивление породы сколу. Поэтомумаксимальная допустимая сопротивляемость породной призмы сколу возрастает и определяется по формуле15 4 х)ъак2 с(я)где Ь - высота начального разрушения породной призмы,Глубина внедрения Ь стопорнойстенки в породу рассчитывается по формулед у) с (1-соьоС) соз( --- .)-и( .) Я где 1 - высога известной стопорной5стенки, и изменяется при 10,1-0,15 м в пределах 5-20 кНОднако в условиях большого бокового давления (100-200 кН) этогосопротивления явно недостаточно 10Поэтому в таком случае происхоцитизгиб стопорной стенки, который ускоряет также вертикальная нагрузка .На фиг.7-10 показаны отдельныестадии деформирования стопорнойстенки; под действием нагрузоки Ц стопорная стенка изгибаясь,повторяет профиль породного уступавыходит иэ защемления и, в конечном 2 Оитоге, занимает положение параллельно горизонтальной части опорной плиты, При этом сопротивлениеопределяется силами трения и для рамной крепи иэ спецпрофиля с несущей 25способностью 300-350 кН при коэффициенте трения пород Западного Донбасса по металлу Г,р = 0,35-0 р 45 составляет порядка 60 кН.Таким образом, если породный ЗОуступ обладает значительным сопротивлением боковым нагрузкам (100200 кН и более) при большой глубинеэаглубления в соответствии с формулЮ, Р (И: са2 Хтрв несколько раз больше, чем в варианте известной опорной плиты,Сопротивление опорной плиты боковому давлению, как и в известномслучае, рассчитывается по двум условиям: по сколу породной призмы ипо изгибу стопорной стенки,показывают, что с уменьшением Ь припостоянном угле(К р т,е, при постепенном сколе верхних слоев призмЫ,лой (5), стопорные стенки ввидуописанного процесса их внедрения,:вязанного с их конструктивным не:овершенством, не выдерживают высоких боковых нагрузок, т,е, имеетместо неравнопрочность системыопорная плита - порода и, как следствие, низкая эффективность работыопорной плиты,Устранить этот недостаток можнодвумя путями: либо увеличить толщину стопорных стенок, что приводитк повышению металлоемкости опорнойплиты, либо изменить их форму. Болеецелесообразным является второйпуть, заключающийся в том, что стопорной стенке (одной в предлагаемомварианте вместо двух в известном)придана форма дуги (фиг.11), центральный угол сс.и радиус г которойопределяются по условию равнопрочности системы опорная плита - порода. Внедряясь в почву, стопорнаястенка скалывает определенной высоты призму и заглубляется на величину Ь в породу, При этом следует отметить, что процессу эаглубления стопорной стенки способствует .не только вертикальная (как визвестном случае), но и боковаянагрузка, в связи с чем максимальная глубина внедрения, рассчитывается по формуле Я СО 5(С(.-ар сЫиф 5%К лЛ(8)На величину сопротивления 0 по условию скола породной призмы оказывает влияние ряд факторов, к числу которых относится и величина эаглубления Ь, Расчеты по формуле пре- дельного состояния породной призмы. сопротивление Цувеличивается. Этообусловлено тем, что уменьшаетсяплощадь контакта породы со стопор 12098851209885 аказ 482/43ираж 470 Подписно лиал ППП "Пагент", г.ужгород, ул.Проектная,