CC BY
13
© B.C. Верещагин, 2012
УЛК 622.023 B.C. Верещагин
К ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОДНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ПРОТЯЖЕННОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, ЗАКРЕПЛЕННОЙ АНКЕРАМИ
Представлены результаты численных экспериментов на базе учитывающей срезающие усилия в анкерах модели породного массива в окрестностях протяжённой горной выработки. Определены конфигурация и размеры условных зон неупругих деформаций при различных схемах установки анкеров в кровлю выработки.
Ключевые слова: горная порода, условная зона неупругих деформаций (УЗНД).
В настоящей работе оценка устойчивости пород вокруг выработки, закрепленной анкерами, производится по конфигурации и размерам условной зоны неупругих деформаций (УЗНД). В качестве УЗНД принята расположенная вблизи выработки область массива, граница которой определяется с учётом срезающих усилий в анкерах из неравенства
(аГ0' + а« + а® - а00' - а01' - а® )2 + 4 (т+ т$) + т® )2 <
< (' + а?' + аГЕ' + а«0' + а«1' + а«Е) + ICctgqf sin2 Ф.
Ниже показаны размеры и конфигурации УЗНД, определённые на основании численных экспериментов для различных комбинаций параметров анкерной крепи. В расчётах принималось, что анкеры устанавливаются по квадратной сетке, каждый анкер имеет длину 2,0 м, закрепляется полимерным составом по всей длине скважины, обладает несущей способностью 100 кН. Варьировались угол и плотность установки анкеров.
На рис. 1 приведены результаты вычислений для трех случаев установки трех анкеров (0 х = 45°, 90°, 135°) в кровлю выработки:
1 — все анкеры установлены по нормали к контуру выработки (0 0 = 90°);
2 — средний анкер установлен по нормали к контуру, а боковые отклонены от вертикали на угол 30° в сторону массива пород;
3 — все анкеры установлены под углом 0 0 = 60° к действительной оси.
На рис. 2 представлены размеры и конфигурации УЗНД в зависимости от количества анкеров в ряду. Все анкеры устанавливались под прямым углом к кровле выработки. Рассмотрены три случая:
1 — один анкер расположен в середине пролета;
2 — три анкера установлены на расстоянии 1,5 м друг от друга и от боков выработки;
3 — пять анкеров установлены на расстоянии 1,0 м друг от друга и от боков выработки.
1
2
3
4
Рис. 1. Конфигурация УЗНД в зависимости от углов наклона анкеров: 1 — контур выработки; 2 — УЗНД для незакрепленной выработки; 3 — УЗНД для первого случая установки анкеров; 4 — УЗНД для второго случая установки анкеров; 5 — УЗНД для третьего случая установки анкеров
1
2
3
4
Рис. 2. Конфигурация УЗНД в зависимости от количества анкеров в ряду: 1 —
контур выработки; 2 — анкерная крепь отсутствует; 3 — УЗНД в случае установки одного анкера; 4 — УЗНД в случае установки в каждый ряд трех анкеров; 5 — УЗНД в случае установки в каждый ряд пяти анкеров
1.6: 1.5 1.4
к
1.3 1.2 1.1
1 ..................................
0 1 2 3 4 5 6 7
N
Рис. 3. График зависимости коэффициента снижения размеров УЗНД в кровле выработки от числа анкеров в ряду
Из рисунков явствует, что анкерная крепь существенно влияет на конфигурацию УЗНД и уменьшает ее размеры в кровле выработки, но при этом увеличивает их в боках и почве.
Исследование зависимости конфигурации и размеров условной зоны от параметров анкерной крепи позволило установить, что при установке трёх анкеров в каждый ряд размеры УЗНД в кровле снижаются более чем в 1,2 раза, пяти анкеров — в 1,4 раза (рис. 3). Причем, варьируя угол установки анкеров можно достичь еще большего уменьшения размеров УЗНД.
Влияние числа анкеров, установленных по квадратной сетке в кровлю выработки шириной 6 м, на размеры УЗНД в кровле может быть выражено линейной зависимостью вида:
к = 1 + 0,08 • N. (1)
Формула (1) показывает возможность уменьшения длины анкеров при увеличении их плотности установки без снижения устойчивости выработки. ШИН
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Верещагин Виталий Сергеевич — аспирант, e-mail [email protected], Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасский политехнический институт).
А
