О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы

Викладено результати досліджень проявів гірського тиску в підготовчих виробітках у зоні впливу тимчасового й стаціонарного опорного тиску. Установлено закономірність відхилення головного вектора навантаження на кріплення штреку убік виробленого простору. Запропоновано конструкції сталевого аркового...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2004
Автори:	Литвинский, Г.Г., Гайко, Г.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2004
Назва видання:	Геотехнічна механіка
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87299
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы / Г.Г. Литвинский, Г.И. Гайко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 18-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-87299
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-872992015-10-18T03:01:56Z О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы Литвинский, Г.Г. Гайко, Г.И. Викладено результати досліджень проявів гірського тиску в підготовчих виробітках у зоні впливу тимчасового й стаціонарного опорного тиску. Установлено закономірність відхилення головного вектора навантаження на кріплення штреку убік виробленого простору. Запропоновано конструкції сталевого аркового кріплення, для умов асиметричного нагруження. The outcomes of studies of rock pressure manifestations in development workings in affected area of a temporal and stationary abutment pressure are explained. The regularity of deflection of a major vector of a support pressure load of drift in a leg of a goaf is established. The constructions of a steel arch support, for conditions anisometric laden are proposed. 2004 Article О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы / Г.Г. Литвинский, Г.И. Гайко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 18-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87299 622.28.042 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Викладено результати досліджень проявів гірського тиску в підготовчих виробітках у зоні впливу тимчасового й стаціонарного опорного тиску. Установлено закономірність відхилення головного вектора навантаження на кріплення штреку убік виробленого простору. Запропоновано конструкції сталевого аркового кріплення, для умов асиметричного нагруження.
format	Article
author	Литвинский, Г.Г. Гайко, Г.И.
spellingShingle	Литвинский, Г.Г. Гайко, Г.И. О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы Геотехнічна механіка
author_facet	Литвинский, Г.Г. Гайко, Г.И.
author_sort	Литвинский, Г.Г.
title	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы
title_short	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы
title_full	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы
title_fullStr	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы
title_full_unstemmed	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы
title_sort	о закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2004
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87299
citation_txt	О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы / Г.Г. Литвинский, Г.И. Гайко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 18-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT litvinskijgg ozakonomernostâhvzaimodejstviâkrepiimassivavpodgotovitelʹnojvyrabotkevblizilavy AT gajkogi ozakonomernostâhvzaimodejstviâkrepiimassivavpodgotovitelʹnojvyrabotkevblizilavy
first_indexed	2025-07-06T14:53:24Z
last_indexed	2025-07-06T14:53:24Z
_version_	1836909702194135040
fulltext	18 УДК 622.28.042 Г.Г. Литвинский, Г.И. Гайко О ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРЕПИ ИМАССИВА В ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКЕ ВБЛИЗИ ЛАВЫ Викладено результати досліджень проявів гірського тиску в підготовчих виробітках у зо- ні впливу тимчасового й стаціонарного опорного тиску. Установлено закономірність відхи- лення головного вектора навантаження на кріплення штреку убік виробленого простору. За- пропоновано конструкції сталевого аркового кріплення, для умов асиметричного нагружен- ня. ABOUT REGULARITIES OF INTERPLAY OF A SUPPORT AND MASSIF IN DEVELOPMENT WORKING NEAR TO LONGWALL The outcomes of studies of rock pressure manifestations in development workings in affected area of a temporal and stationary abutment pressure are explained. The regularity of deflection of a major vector of a support pressure load of drift in a leg of a goaf is established. The constructions of a steel arch support, for conditions anisometric laden are proposed. Как показывает опыт крепления и поддержания горных выработок вне зоны влияния очистных работ, участок активного нагружения крепи формируется по нормали к напластованию пород, а его размеры предопределяются интенсивно- стью максимальных смещений в зависимости от условий регионального мета- морфизма [1]. Однако, в подготовительных выработках, примыкающих к лаве, формирование нагрузки на крепь в значительной степени зависит от способов охраны и управления основной кровлей в лаве, что может существенным обра- зом изменить закономерности пространственного нагружения конструкции. Визуальные наблюдения и шахтные инструментальные измерения участков с наибольшими прогибами (деформациями) элементов крепи, проведенные ав- торами в 23 подготовительных выработках, позволяют заключить, что, даже при горизонтальном залегании пород, после прохода лавы главный вектор внешнего нагружения смещается от вертикали в сторону выработанного про- странства на угол 15-30°. Рассмотрим основные этапы формирования нагрузки на крепь прилегающе- го к лаве штрека, которые были зафиксированы в ходе видеокамеральной ин- троскопии кровли выработки при приближении (удалении) фронта очистных работ. Эксперимент был проведен на польской шахте «Пнювек» [2], условия поддержания и охраны горных выработок в которой были сходны с отечест- венными шахтами (пласты средней мощности, охрана выработок бутовыми по- лосами). На первом этапе, когда расстояние до лавы велико, главный вектор внешней нагрузки совпадал с нормалью к напластованию пород (для рассмат- риваемых условий – вертикаль). При приближении очистных работ (второй этап) выработка постепенно по- падает в зону опорного давления и в кровле штрека развиваются неупругие де- формации, которые могут в дальнейшем распространяться на большую часть периметра выработки. В кровле можно наблюдать развитие трещин и расслое- ний пород, которые затухают в глубь массива. Деформации массива вокруг вы- 19 работки начинают изменяться под действием увеличивающегося опорного дав- ления и отражать закономерности его распределения в пространстве перед ла- вой. Чем ближе к фронту очистных работ, тем более проявляется асимметрич- ность в распределении напряжений, вызванных осадкой пород в лаве. Эта асимметричность перед лавой обусловлена поворотом главных площадок тен- зора напряжений в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что может быть обнаружено одним из методов численного моделирования пространственного распределения напряжений вокруг лавы [3]. Нами установлено, что вертикаль- ная компонента тензора напряжений, как правило, отклоняется в сторону не- тронутого массива, а радиальная и тангенциальные компоненты напряжений синхронно поворачиваются, отслеживая изменение краевой части очистной вы- работки. Кроме поворота главных площадок, напряжения претерпевают и зна- чительные численные изменения: вертикальная компонента возрастает по мере приближения лавы в 2-3 и более раз, а боковые напряжения не претерпевают существенных изменений. Таким образом, оказывается, что коэффициент боко- вого распора массива λ, равный отношению максимальной и минимальной компонент напряжений в массиве, по мере приближения лавы резко уменьша- ется (например, от обычного значения в нетронутом массиве λ0 =0,3-0,5 до ве- личины λt=0,1-0,2 в зоне временного опорного давления). В кровле и почве штрека при малом значении коэффициента бокового рас- пора λ возникают значительные растягивающие напряжения, вызывающие ин- тенсивное разрушение пород бегущими трещинами отрыва, ориентированными по направлению главной компоненты тензора напряжений. Как показано ранее, эта компонента отклонена от вертикали в окрестности выработки в сторону не- тронутого массива. В этом же направлении развиваются и радиальные трещины отрыва в кровле штрека в виде своеобразного свода естественного равновесия, параметры которого (высота и ориентация в пространстве) динамически изме- няются по мере приближения лавы. Важным обстоятельством является факт изменения ориентации главных площадок тензора напряжений. Это приводит к повороту оси свода естественного равновесия по мере приближения лавы, и, тем самым, к взаимному пересечению трещин разрыва в кровле и почве лавы, т.е. к дроблению пород и уменьшению размеров разрушенных блоков. Тем са- мым по направлению ориентации трещин разрыва в кровле штрека формирует- ся ослабленная зона, которая в дальнейшем после прохода лавы способствует образованию трещин излома основной кровли. Таким образом, на втором этапе в результате перераспределения и поворота напряжений в массиве по мере подхода лавы вокруг выработки происходят сложные взаимообусловленные процессы формирования зон разрушения во- круг штрека и образование линии отрыва пород основной кровли (рис.1, линия І) со стороны нетронутого массива. Третий этап развития проявлений горного давления происходит после прохода забоя лавы, когда штрек оказывается на границе с выработанным пространством (см. рис. 1). Формирование линии обрушения основной кровли вдоль штрека про- исходит постепенно по мере удаления лавы от замерной станции. На расстоянии, 20 примерно равном шагу осадки основной кровли, наблюдается опускание пород в выработанном пространстве и вокруг штрека происходит поворот вмещающих пород массива, причем за центр поворота можно в первом приближении принять зону раздавленного вдоль штрека пласта угля. Рис. 1 – Схема формирования нагрузки на арочную крепь подготовительной выработки Этот поворот вызывает отклонение вектора максимальных смещений пород в кровле выработки, что может оказать существенное влияние на условия взаи- модействие крепи с массивом. Используя расчетную схему (см. рис. 1) опреде- лим угол ϕ поворота породных слоев в кровле штрека до начала жесткого взаимодействия пород основной кровли с элементами охраны (бутовая полоса, костры, кустокостры и пр.), по формуле ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + =ϕ Lx marctg * , (1) где m – мощность пласта, м; *x – длина участка отжатого угля (обычно около 1- 2 мощности пласта), м; L – длина консоли основной кровли, м. Для количественного определения угла ϕ были использованы данные шахт- ных наблюдений горного давления в подготовительных выработках, проведенные ДГМИ на шахтах Луганской области. Мощность пласта m находилась в пределах от 1,1 до 2,1 м, а длина консоли основной кровли L составляла – от 10 до 25 м. Рассчитанные значения ϕ составили углы от 3° до 9°. На следующем этапе, после того, как породы основной кровли деформиру- ют охранный элемент и войдут с ним в жесткое взаимодействие, формируется вторая линия разрыва пород кровли вдоль выработанного пространства (рис. 1, 21 линия II), расположенная под углом γ к вертикали. При этом: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −− Δ− = caL m arctg o 2 γ , (2) где 2а – ширина выработки, м; с – ширина зоны охраны, м: oΔ – смещения эле- ментов охраны под действием оседающей основной кровли, м. Для рассмотренных выработок угол γ находился в пределах от 4° до 30°, причем основными факторами, влияющими на его величину, являются длина консоли основной кровли, мощность пласта и ширина зоны охраны. Таким образом, при осадке основной кровли в массиве происходят сложные процессы разрушения и дезинтеграции пород в направлении выработанного пространства, в результате которых вектор максимальных нагрузок смещается по периметру рамы на угол γρ +ϕ= , среднее значение которого составляет 20- 25°. Это приводит к формированию асимметричного нагружения крепи и вызы- вает существенное различие в работе податливых соединений, концентрацию максимальных напряжений на ограниченном участке периметра рамы и ее опасную деформацию. Типовая конструкция трёхзвенной арочной крепи, практически повсеместно применяемая в подготовительных выработках, не может обеспечить в условиях асимметричного нагружения заданный режим податливости, что ведёт к преж- девременному переходу в жёсткий режим работы, деформациям и отказам кон- струкции. Для данных условий в ДГМИ разработана трёхзвенная арочная крепь направленной податливости (рис. 2), в которой новое размещение соединитель- ных узлов позволило обеспечить совпадение максимальных смещений пород- ного массива с направлением податливости крепи [4]. В новой конструкции узлы податливости 4 размещены в плоскости 6, пер- пендикулярной главному вектору смещений пород n, причём центр верхняка 3 находится на линии главного вектора, а стойки 1 и 2 выполнены различной длины, каждую из которых определяют по формуле (верхние знаки относятся к стойке 1, а нижние – к стойке 2): αRL L L ±= ⎭ ⎬ ⎫ 0 2 1 , (3) где L1, L2 – длина стоек соответственно со стороны нетронутого массива и вы- работанного пространства, м; L0 – длина стоек типовой крепи, м; R – радиус свода крепи, м; α - угол залегания вмещающих пород, рад. Предложенные параметры новой крепи полностью соответствуют сущест- вующим площади сечения выработки, типу спецпрофиля, радиусы кривизны эле- ментов, что позволяет использовать традиционную технологию изготовления арочной крепи и не требует дополнительного переоборудования производства. 22 Рис. 2 – Трехсегментная арочная крепь направленной податливости После реализации заданной величины податливости крепи распределение напряжений по периметру рамы будет иметь существенную неравномерность, причём несущая способность всей арки будет предопределяться наиболее на- пряжённым элементом конструкции. Для обеспечения приблизительно равного запаса прочности для всех грузонесущих элементов, целесообразно в конструк- ции арочной крепи направленной податливости использовать спецпрофили раз- личного сечения: большего - для верхняка и стойки со стороны лавы, меньшего – со стороны нетронутого массива. Для обеспечения работы спецпрофилей СВП различного сечения (массы) был разработан узел [5], приведенный на рис. 3. На более тяжёлом спецпрофиле верхняка 1 при помощи сварки закрепляется вкладыш 5 (отрезок спецпрофиля меньшего типоразмера) в котором скользит стойка з, выполненная из того же спецпрофиля, что и вкладыш 5. Скобы узла податливости должны иметь облегающие спецпрофиль нижние планки 6 и верхние круглые или фигурные скобы 7. Данное конструктивное решение позволяет при переходе со спецпрофиля СВП-33 на СВП-22 только на одной стойке экономить до 60 кг стального проката. 23 Рис. 3 – Узел соединения профилей различной массы СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Литвинский Г.Г., Гайко Г.И., Кулдыркаев Н.И. Стальные рамные крепи горных выработок. – Киев: Тех- ніка, 1999. – 216 с. 2. Гайко Г.И., Майхерчик Т. Исследование трещиноватости пород кровли штрека при движении фронта ла- вы//Наук. вісник НГУ. – 2002. - № 5. – С. 24-26. 3. Новикова Л.В., Пономаренко П.И. Приходько В.В., Морозов И.Т. Метод граничных элементов в задачах геомеханики. – Днепропетровск: Наука и образование, 1997. – 178 с. 4. Литвинский Г.Г., Гайко Г.И., Автономов К.В. Повышение адаптивных свойств стальных рамных кре- пей// Технология и проектирование подземного строительства: Вестник вып. 2. – Донецк: Норд-Пресс, 2002. – С. 72-76. 5. Гайко Г.И. Выравнивание элементов арочной крепи в условиях несимметричного нагружения // Сб. на- уч. тр. НГУ№ 15. Т. 1. – Днепропетровск: НГУ, 2002. – С. 40-44.

О закономерностях взаимодействия крепи и массива в подготовительной выработке вблизи лавы

Репозитарії

Схожі ресурси