Назад в библиотеку

---

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛИ ВЫРАБОТКИ С КРИВОЛИНЕЙНО-УСТУПНОЙ ФОРМОЙ ПРОХОДЧЕСКОГО ЗАБОЯ

Автор: К.т.н., доц. Шкуматов А.Н., студ. Черкасов И.А., студ. Хвостовский К.В.
Источник: Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып. 15. – Донецк: Норд–Пресс, 2009.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛИ ВЫРАБОТКИ С КРИВОЛИНЕЙНО-УСТУПНОЙ ФОРМОЙ ПРОХОДЧЕСКОГО ЗАБОЯ

Для предотвращения деформации кусками взорванной породы крепи и коммуникаций в выработке, сопрягающейся с проводимой, предложено [1] придавать забою криволинейно - уступную форму (рис. 1). При этом верхняя часть забоя, прилегающая к выработке (1), выполняется в виде уступа (2), который сопрягается с цилиндрической поверхностью (3) определенного радиуса, перпендикулярной продольной оси выработки. Нижняя часть забоя (4) вертикальна. (5) - контур выработки после взрывания. Для проведения лабораторных экспериментов по оценке эффективности предложенной формы изготовлена модель выработки из эквивалентных материалов. Использовался метод, основанный на общем законе механического подобия и теории размерностей [2], согласно которому критерий подобия или инвариант вычисляется из выражения:

где Рм, Рн- силы, действующие в модели и в натуре;

qм, qн- плотность материала модели и натуры;

ам, ан - ускорение в модели и в натуре;

Lм, Lн - линейные размеры в модели и в натуре.

Для подбора механических характеристик эквивалентного материала, обеспечивающего подобие механических процессов в модели, инвариант подобия преобразован к виду:

где Nм, Nн- величины, соответствующие различным силовым характеристикам состояния модели и натуры;

ϒм, ϒн - объемный вес материала в модели и в натуре;

Lм, Lн - линейные размеры в модели и в натуре;

к - критерий (инвариант) подобия процессов деформаций и разрушений пород в условиях действия сил тяжести и напряжений, возникающих в реальных и модельных условиях.

Таким образом, имея масштаб модели Lм/Lн, и заданное соотношение ϒм/ϒн, были подобраны механические характеристики эквивалентного материала.

В качестве эквивалентного материала при моделировании использовалась цементно - песчаная смесь (Ц:П=1:3). Полученная модель забоя в масштабе 1:10 приведена на рис.2. Порядок изготовления модели следующий. Был изготовлен металлический сборно-разборный каркас размером 650×650×650, внутри которого размещалась матрица, имитирующая криволинейно-уступную форму проходческого забоя площадью сечения в проходке 12,5 м . Пространство между матрицей и стенками куба заливалось цементно-песчаным раствором. После набора раствором достаточной прочности матрица была извлечена. В качестве временной крепи применялись железобетонные анкера, представляющие собой металлические стержни длиной 172 мм, диаметром 3 мм, изготовленные из Ст-5. Для их размещения было пробурено 12 шпуров длиной 150 мм и ø6 (два ряда по 6 шпуров в уступной и криволинейной частях забоя, расстояние между анкерами - 70 мм). После набора раствором достаточной прочности было произведено натяжение анкеров при помощи гаек, навинчиваемых на резьбовую часть анкера длиной 22 мм. Под гайками размещались шайбы диаметром 20 мм с отверстием диаметром 4 мм. Для определения прочности модели одновременно с ней заливался куб размером 70×70×70 мм, объемом V=343×10-6 м³ , массой m=690 г, удельным весом - ϒ=1,2×10³ кг/м³ . Изготовленные кубики затем раздавливаются на механическом прессе (машине испытательной разрывной Р-5). Для пересчета усилия пресса в прочность испытываемого образца применяется формула:

где П - прочность испытываемого образца, МПа;

Упр- усилие пресса, кН;

S - площадь контакта, м2;

а - поправочный коэффициент по ГОСТ 28570-90 Бетоны, методы определения прочности по образцам. При стандартной кубической форме равен 1,0. При форме образца, отличной от кубической, равен 1,1.

Прочность образца составила 23,8 МПа. Через 7 суток после начала твердения при помощи динамометра было измерено усилие выдергивания анкера, которое составило ИОН. Проверочный расчет на прочность закрепления в бетоне выполнен по формуле:

Где dc- диаметр стержня анкера (арматуры), м;

l3- глубина заделки стержня в бетоне, м;

θа- удельное сопротивление сдвигу стержня в бетоне или полимербетоне, кПа.

По экспериментальным данным при бетоне классов В20-В30 и длине заделки стержня в нем 15 см прочность закрепления составила 155 Н, что подтверждает сходимость практических и теоретических результатов.

Список использованной литературы

1. Способ проходки горных выработок А.Г. Гудзь, А.Н. Шкуматов и др. (СССР) - Заявл. 21.12.1987; Зарегистр. в Гос. реестре изобр. 8.09.1989.
2. Моделирование проявлений горного давления Г.Н. Кузнецов, М.Н. Будько, Ю.И. Васильев, М.Ф. Шкляровский, Г.Г. Юревич. - Л.: Недра, 1968.-278 с.