Обоснование величины упрочненного блока кровли очистного забоя




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Обоснование величины упрочненного блока кровли очистного забоя

Обоснование величины упрочненного блока кровли очистного забоя

31.08.2017


На рис. 4.1 доказаны случаи потери устойчивости пород кровли очистного забоя, когда вывалообразования захватывают значительную площадь непосредственной кровли высотой Н. Для предотвращения таких обрушений следует производить упреждающее упрочнение пород впереди очистного забоя через шпуры (рис. 4.2, а, б) так, чтобы склеенные в монолит-отдельные куски пород создали блок (плиту), высота h и протяженность 2а которого были бы достаточны для сопротивления горному давлению вышележащих пород.
Такой блок практически создается неоднократным нагнетанием скрепляющего состава, каждый раз расходящегося на выходе из шпура на расстояние радиуса R=0,5 h (рис. 4.2, б). Параметры h и а, как следует из рис. 4.2, б, вполне определяются, если известны длина шпура lш и радиус R распространения раствора, который, например, можно рассчитать разработанным во ВНИИОМШСе способом.
Основываясь на допущении о полном насыщении пород скрепляющим составом и представляя упрочненный блок в виде изотропной системы, находящейся в условиях сложной деформации, задачу можно решить методом теории упругости. Уравнения равновесия для такой системы имеют вид

а уравнение совместности деформаций имеет вид

где ox, oy, тху — напряжения в кровле; у — объемный вес пород.
Для решения примем граничные условия:
при у=0

при y=h

где G1(х), G2(х) — функции, интегрируемые на отрезке -а < x < a (рис. 2, б) и связанные условием равновесия блока

Компоненты напряжений ox, oy, тxy выразим через функцию напряжений F:

где Q — постоянная, определяемая по известному значению G1(x).
Горизонтальное u и вертикальное v перемещения связаны соотношениями

Уравнения (4.5) удовлетворяются тождественно, а уравнение (4.6) приводим к виду

Представим функцию напряжений F в виде суммы двух частных решений:

каждое из которых разлагается в ряд Фурье:

где а = nп/а (а — половина длины блока, рис. 4.2, б).
Подставляя выражения (4.15), (4.16) в дифференциальное уравнение (4.14) и решая его, получаем вид функций Fm (i = 1,2).

Значения граничных условий G1(x), G2(x), входящих в выражения (4.8) и (4.10), находим также разложением в ряд Фурье:

Значения напряжений ох, оу, тху получаются подстановкой в уравнения (4.12) выражений (4,15), (4.18), (4.19):

a перемещения u, v — подстановкой выражений (4.15), (4.18), (4 19) в уравнения (4.13):

Постоянная Q, входящая в выражение (4.12), находится из решения уравнений (4.20) и (4.23):
Обоснование величины упрочненного блока кровли очистного забоя

Коэффициенты Cin (i = 1, 2, ..., 8) определяются из граничных условий (4.7), (4.9) и выражений (4.20), (4.21).
Расчет напряжений ox, oy, тxy и перемещений u, v по формулам (4.22) — (4.26), выполненный при помощи ЭВМ, позволил установить закономерности изменения напряженного и деформированного состояний упрочненного блока кровли в зависимости от изменения параметров a, h при следующих значениях упругих постоянных: Е = 2*10в4 МПа, u = 0,2, y = 0,02 Н/см3.

На рис. 4.9 показаны графики зависимости напряжений ох и тху, а на рис. 4.10 — перемещений и, v при значении Н=10 м и протяженности блока а=4 м, которая определена из наиболее часто применяемых значений длины бурения шпуров (lш = 4-4,5 м при а = 10-15°). Приведенные графики показывают, что перегиб кривых как напряжений ох, тху, так и перемещений u, v происходит приблизительно при h = 1 м.
Следовательно, при длине бурения шпуров около 4-4,5 м и радиусе распространения скрепляющего состава 0,6—0,8 м угол наклона шпура к напластованию не следует назначать более 15—20°. В противном случае шпуры следует бурить чаще, а материала для упрочнения расходовать больше.
Оговоримся, что изложенная методика исходит из условия равномерного опирания упрочненного блока не только на мех-крепь, но и на вмещаемый пласт угля. Между тем известно, что вблизи горной выработки напряженное состояние массива перераспределяется в связи с существованием так называемой зоны опорного давления, характеризуемой существенным повышением на некотором расстоянии lоп от линии забоя величины горного давления (по сравнению с гидростатическим давлением всех вышележащих пород) и его падением непосредственно у линии забоя. Таким образом, реакция на упрочненный блок со стороны угольного пласта является распределенной неравномерно.
С другой стороны, практическими наблюдениями установлено, что фактический радиус распространения скрепляющего состава в трещиноватом горном массиве обычно составляет 1—3 м, значительно превышая необходимую по расчету величину 0,5 м. Кроме того, высота непосредственной кровли H чаще всего находится ниже принятого значения 10 м. Таким образом, расчет зоны упрочнения по изложенной методике вполне удовлетворяет требованиям повышения устойчивости кровли очистных забоев.