Источник: Технологии строительства шахт и подземных сооружений – 2011 / Материалы международной научно-технической конференции молодых ученых аспирантов и студентов организованной кафедрой «Строительства шахт и подземных сооружений» посвященой 90-летию ДонНТУ – Донецк, ДонНТУ – 2011, с. 54-55.
Будівництво камер великого перерізу є одним із трудомістких процесів який потребує значних коштів та часу. Одним із складних і трудомістких процесів є підтримання склепистої частини камери у процесі її будівництва та експлуатації. Тому питання пов’язане із споруджен-ням та кріпленням склепистої частини камери є актуальним.
У гірничодобувній промисловості до камер великого поперечного перерізу відносять камери подрібнювально-бункерних комплексів, час будівництва яких часто визначає термін здачі шахти в експлуатацію. Особливо великий поперечний переріз мають відкриті камери дробарок, в яких розташовується усе основне устаткування (дробарки, живильник, монтажний кран). Об'єм таких камер при розташуванні в них двох дробарок досягає 10 тис. м3. Цей тип комплексів характерний для залізорудних шахт. Монолітне бетонне кріплення застосовується для кріплення камер електропідстанції, монтажних і ходових виробок, прохідних з трьох центровим або коробовим склепінням. Марка бетону приймається не нижче 200. Залежно від розмірів виробки і стійкості порід товщина бетонного кріплення приймається від 200 до 400 мм і більше.
Монолітне залізобетонне кріплення найбільш поширене для кріплення камер великого перерізу, зважаючи на великі площі оголення породи. За проектними даними на 1 м? виїмки склепистої частини камери витрачається 0,15 – 0,3 м? бетону. Фактичні витрати бетону у зв'язку з незадовільним оконтурюванням виробок іноді перевищує проектний в 1,2 - 1,5 рази [1].
Проаналізувавши дані спорудження можемо зробити висновок, що із збільшенням висоти склепіння витрати бетону на товщину кріплення склепіння скорочуються. Тому вибір науково обґрунтованої форми склепіння камери товщини його кріплення може скоротити витрати матеріалу та часу на спорудження камери.
Нами для рішення завдання по удосконаленню кріплення підтримання склепистої части-ни камери було вирішено провести дослідження аналітичним методом напружено стану масиву навколо камери, а також напруженого стану кріплення.
Нами розглядалися умови спорудження камери ЦПТ на кар’єрі ПГЗК, де проходка велась по мартитовим роговикам та джеспілітам. Проектне кріплення склепіння камери - монолітне залізобетонне товщиною 500мм.
Для цього був проведений аналіз з склепистої частини камери методом комп'ютерного моделювання, на базі програмного комплексу для розрахунку та проектування конструкцій «ЛИРА версія 9.0», у якій теоретичною основою є метод кінцевих елементів (МКЕ), реалізова-ний у формі переміщень. У програмному комплексі була побудована розрахункова схема склепистої частини камери з оточуючим масивом гірничих порід.
Паралельно з цим проводилось дослідження на міцність можливостей монолітного бе-тонного кріплення у різноманітних умовах навантаження. Різноманітні умови моделювання дозволили відмітити що при незначних значеннях коєфіціента бічного розпору рівному 0,2, або при його відсутності, замкова частина склепіння прагне до утворення вивалів. Так як відміча-ється зниження контурних стискуючих напружень і наявність розтягуючих.
Аналіз розподіл головних напружень показав, що в усіх точках контуру склепу та законтурного масиву напруження стиснення та розтягнення значно менші відповідної межі міцності породи. А саме, у замку склепіння у 4 рази, а у п’яті у 3 рази. Тобто склепіння камери є стійким, а кріплення буде виконувати огороджувальну функцію. Розрахунок кріплення склепіння камер виконано при навантаженні його власною вагою та забутовкою.
Для визначення інтегральних сум розбиваємо склепіння на 8 рівних частин.
Проведений аналіз силових параметрів (M, N, Q, e) монолітного бетонного кріплення у підсклепистій частині камери при її постійній товщині та проектних розмірах вказав на наявність в замковій частині та п’яті склепіння розтягуючих напружень, що перевищуюсь дозволені, у п’яті склепіння ексцентриситет перевищує дозволені відхилення більш ніж у 2 рази, а у замку він перевищує осьову лінію склепіння на 0,3 м.
З розрахунків що були отримані можна зробити висновок, що існує необхідність змінити форму склепіння з проектного трьохциркульного на одноциркульний із зменшенням товщини кріплення у замковій частині до 0,2 м.
Для подальшого дослідження було виконано розрахунок кріплення зміненої форми та товщини.
Приймаємо нову форму склепіння у вигляді піднятого одноциркульного склепіння з радіусом осьової лінії 6,85 м та зміненою товщиною монолітного бетонного кріплення у замку, що дорівнює 0,2 м
По розрахункам побудована крива тиску, що зображена на. Проведений аналіз силових параметрів (M, N, Q, e) монолітного бетонного кріплення у підсклепистій частині камери при зміненій формі склепіння вказав на відсутність розтягуючих напружень, що перевищуюсь дозволені, окрім п’яти ,а ексцентриситет не виходить за дозволені межі.
З отриманого розрахунку можна зробити висновок, що підняття висоти склепу на 0,3 м та зменшення товщини кріплення у замку до 0,2 м дозволяє майже повністю виключити розтягуючі напруження на внутрішніх волокнах кріплення, а також утримати ексцентриситет у дозволених межах.
З підняттям склепіння на 0,3 м змінилось відношення ширини до висоти і тепер воно має значення 13,5/4,9=2,75. Відповідно до цього змінилось і значення відношення об’єму бетону до об’єму породи на 1 м3 камери, тепер він має значення 4,39/45,3=0,097. Виходячи з результатів розрахунку можна відмітити, що порівнюючи з проектною формою та розмірами кріпленням камери, в запропонованому варіанті знижується витрата бетону на 30% та трудомісткість на 29%, на укладання монолітного бетонного кріплення.