Определение области применения временной анкерной крепи стволов в породах, склонных к ползучести

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© М. С. Плешко, Д. Е. Журов, М. Б. Сотников, 2010
УДК. 622. 25. (06).
М. С. Плешко, Д. Е. Журов, М.Б. Сотников
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ АНКЕРНОЙ КРЕПИ СТВОЛОВ В ПОРОДАХ,
СКЛОННЫХ К ПОЛЗУЧЕСТИ
Рассмотрены основные уравнения теории линейной наследственной ползучести. Представлен алгоритм определения величины натяжения анкера в результате деформирования пород в призабойной зоне ствола. Определена область применения анкерной крепи стволов в различных породах
Ключевые слова: анкерная крепь, призабойная зона, породный массив.
Ту ассмотрим взаимодействие анкерной крепи в призабойной зоне ствола с Л. породным массивом, проявляющим свойства ползучести.
Используем теорию линейной наследственной ползучести, предложенной Л. Больцманом и развитой В. Вольтерра [1].
Ползучесть пород описывается интегральным уравнением Вольтера второго рода
0
где о (7), е (^) — напряжения и деформации в момент времени V, т — время, предшествующее моменту времени V, L (t — т) — функция влияния (ядро ползучести).
При постоянных напряжениях из уравнения (2. 53) получаем
Академик Ж. С. Ержанов показал, что деформирование горных пород до определенного уровня нагружения соответствует уравнению (1) с ядром типа Абеля
где 8, а — характеристики ползучести, получаемые экспериментально.
Академик Работнов Ю. Н. показал, что задачу теории линейной наследственной ползучести можно формально рассматривать как задачу теории упругости, в которой вместо упругих постоянных необходимо использовать временные операторы с ядром ползучести. Тогда уравнение (2) можно представить в виде
Неделя горняка
(1)
(2)
(3)
где Е — временный оператор.
Проф. Линьковым А. М. и д.т.н. Амусиным Б. З. доказано, что в задачах механики подземных сооружений, в которых граничные условия и объемные силы являются независящими от времени, операторные выражения для упругих постоянных можно заменить алгебраическими выражениями, соответствующими ядру интегрального уравнения (метод переменных модулей).
На основании изложенного уравнение ползучести (3) приобретает вид:
^) =0I1 + ф), (5)
где Ф — функция ползучести:
1 -а
Ф = 11+4-а I ¦ (6)
Временные функции для модуля деформации, модуля сдвига и коэффициента Пуассона имеют вид:
Е = 1+ Ф ' (7)
= 1 + 3Ф — (8)
2(1^
^ = 0,5 — °5-^. (9)
'- 1+Ф у '
Рассмотрим в рамках описанной выше теории взаимодействие анкеров, устанавливаемых без натяжения из забоя ствола, с породным массивом.
По мере отхода забоя ствола изменение напряженно-деформированного состояния массива описывается выражением а*ХуН. Коэффициент, а, учитывающий отставание рассматриваемой точки от забоя, может быть определен из соотношения
а'=1 — и=Ч-'-, 3 Г0), (10)
где и0 — начальные смещения массива- их — полные смещения массива- I — расстояние рассматриваемой точки до забоя ствола- г0 — радиус ствола вчерне-
Отсюда получим
^≅1 -®ф (-1. з?). (11)
Доля приращения общего коэффициента, а на каждый момент времени t, определяющий расстояние I, составит
Да* = и +^-и).
Тогда общее значение коэффициента, а можно выразить в виде
а
= ЁЛа*. (12)
Для определения натяжения анкеров, вызванного перемещением массива, воспользуемся аналитическим методом расчета крепи, разработанным Д. И. Колиным [1].
Натяжение анкеров равно:
Р° = Ва 1 + ВаКа ' (13)
А — относительные радиальные смещения точек массива при неподкрепленной выработке, соответствующих концам анкеров- Ва — характеристика жесткости анкера
В = ЕаАа, ч
Ва =-^~, (14)
Еа — модуль упругости материала анкера- Аа — площадь поперечного сечения анкера- I — длина анкера- Ка — коэффициент взаимного влияния анкеров
Ка = К, + 4К,, (15)
К — коэффициент влияния усилий? а, приложенных к массиву на концах /-го анкера, на относительные смещения пород на концах данного (/-го анкера) — К, — коэффициент влияния усилий? а, приложенных к массиву на концах соседних,-х анкеров, на относительные смещения пород на концах /-го анкера.
Радиальные смещения поверхности ствола будут обусловлены движением забоя и ползучестью пород.
В каждый момент времени t, соответствующий определенному времени проходческого цикла и положению забоя, относительные смещения составят
Д = Д +Д'- • (16)
ГП ГП ГП? V
Дп. — доля относительных смещений точек массива, соответствующих концам анкеров, вызванных удалением забоя от рассматриваемого сечения ствола, приходящуюся на каждую заходку
Д& quot- = Ху1'-0и1 '-Ж- & lt-17>-
Д'-" - доля относительных смещений точек массива, соответствующих концам анкеров, вызванных ползучестью пород, за период равный продолжительности проходческого цикла
Д™ = •(? — ¦ & lt-18>-
где / = / / г0.
Коэффициенты влияния в каждые рассматриваемые моменты времени и положения забоя равны
К = 1
20ы1
л 2 * *
(1 -О--2−2*1 + _Д-, /* + 0,5-Vtв + -а^-,•, 1 -^ *4 П тт (2! -1)[ ы 4(1 -уы) (2/* -1)2
(19)
5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Ео, МПа 10 3
Рис. 1. Максимальная область применения жестких анкеров в аргиллитах
5 б 7 8 9 10 11 12 13 1А 15
Е0, МПа 10 3
Рис. 2. Максимальная область применения жестких анкеров в алевролитах
К = 1 ~У*п
13 2яО_/
1 + 3 — 4у* 8(1 -V,)2
(
1 —
/) +1
(20)
где г — радиус опорной шайбы- / =//4- 4 — длина закрепляемой части анкера- / '=/ац, ау — расстояние от 3-го анкера до рассматриваемого.
На основании рассмотренного алгоритма автором была определена максимальная область применения жестких анкеров в трех типах пород (таблица), для анкерной крепи с наиболее часто применяемыми на практике параметрами: /= 1,8−2,2 м- Аа=3,14 см² (диаметр стержня 20 мм) — 4=100 см, тип используемой арматурной стали
— АІІ, АШ. Расчет проведен Характеристика пород для ствола диаметром вчерне
7,5 м при стандартных параметрах проходческого цикла.
В качестве условия прочности анкера принято превышение полученного зна-
№ п/п Наименование пород Коэффициент Пуассона, а 5, са-1
1 Аргиллиты 0,36 0,710 0,008
2 Алевролиты 0,34 0,726 0,0094
3 Песчаники 0,31 0,670 0,0021
н& gt- м 1700 —
1600 -Ш
1500 -1400 —
1300 -ш
1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 —
600 -I
5 5 5 6 6 5 7 7.5 8 8.5 9 9 5 10
Е о, МПаЮ'3
Рис. 3. Максимальная область применения жестких анкеров в песчаниках
чения натяжения штанги величины максимальной расчетной нагрузки на принятый тип анкера [2]:
Pmax = Scm ' Rp ' ту, (21)
где Scm — площадь стержня, м2- Rp — расчетное сопротивление материала стер-жня растяжению, для арматурной стали класса А-I, Rp =210 МПа- для класса А-II — Rp =270 МПа, А-III — Rp =340 МПа- ту — коэффициент условий работы, в сухих скважинах ту=0,9- во влажных ту=0,7 — 0,8.
Область применения представлена в виде графиков на рис. 1−3.
Из графиков видно, что склонность пород к ползучести в значительной степени определяет область применения анкеров. Если в песчаниках практически во всем диапазоне горно-геологических условий можно осуществлять крепление жесткими конструкциями анкеров, то в склонных к ползучести аргиллитах и алевролитах в широкой области возникает необходимость в увеличении прочностных характеристик анкеров или использовании податливых конструкций.
Окончательное определение необходимой податливости анкеров в породах, склонных к ползучести, должно производиться по результатам натурных измерений значений радиальных перемещений в забое ствола.
------------------------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булычев Н. С. Механика подземных со- 2. Руководство по проектированию подзем-
оружений. Учеб. для вузов. — М.: Недра, 1994.- ных горных выработок и расчету крепи /ВНИМИ, 382 с ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. — М.: Строй-
издат. — 1983. — 272 с. ШИН
г Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Плешко М. С. — кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы»,
Журов Д. Е., Сотников М. Б. — студенты,
Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета, г. Шахты, 8Іш^и@ siurgtu. ru
327

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой