Выбор и расчет рамных крепей

Цель работы: получить практические навыки по расчету крепей.

Выбор вида крепи согласно СНиП (Строительным нормам и правилам), допускается про­изводить по безразмерному показателю устойчивости пород (П_у):

П_у= γ×H_p/R_сж, (2.1)

здесь γ - объемный вес пород, кН/м³; Н_р - расчетная глубина расположения выработ­ки, м; R_cж - расчетное сопротивление пород сжатию, кПа.

R_cж = G_сж× К_с×ξ , (2.2)

где G_сж – предел прочности пород одноосному сжатию, кПа; К_с - коэффициент структурного ослабления, доли ед.; ξ - коэффициент длительной прочности, доли ед.

Коэффициент длительной прочности (ξ) равен отношению предела прочности образца при длительном воздействии нагрузки (G_д) к пределу прочности пород при сжатии (G_сж). Для пород с хрупким характером разрушения (гранитов, кварцитов, песчаников с кварце­вым цементом и т.п.) рекомендуется принимать ξ =1-0,7; для пород, в которых перед раз­рушением возникают пластические деформации (большинство слабых и средней крепо­сти осадочных и метаморфических пород), ξ =0,7-0, 5.

Согласно рекомендации СНиП II-94-80 установить значение коэффициента структур­ного ослабления (К_с) можно по табл. 2.1.

Таблица 2.1 Зависимость коэффициента (К_с) от трещиноватости пород

Для рудников цветной металлургии рекомендуется выбирать вид крепи по табл. 2.2, а для угольных шахт по табл. 2.3.

Таблица 2.2 Выбор крепи по показателю устойчивости пород для рудников

Таблица 2.3

Выбор крепи по показателю устойчивости пород для угольных шахт

Расчеты крепей производятся по одной из групп предельных состояний, принятых в строительной механике: первая - по потере несущей способности; вторая - по пригодности к нормативной эксплуатации, т.е. по допустимым деформациям.

Расчеты крепей по первой группе предельных состоянийведутся по значениям расчетной нагрузки (Р) и расчетного сопротив­ления материала крепи (R). Расчетная нагрузка равна величине горного давления на крепь, умноженной на коэффициент перегрузки (m). В большинстве расчетов при этом давление считают установившимся без учета фактора времени, условий формиро­вания давления, глубины ведения горных работ и конструктивных особенностей крепи, что снижает достоверность расчетов.

Расчеты по второй группе предельных состояний выполняют на нормативные нагруз­ки с учетом нормативных сопротивлений материалов, чтобы не допустить чрезмерных деформаций и перемещений конструкций крепи либо ограничить ширину раскрытия тре­щин в породах. Расчетные предельные состояния принимают в зависимости от назначе­ния и вида выработки, срока ее службы в соответствии с эксплуатационными, технологи­ческими и технико-экономическими требованиями.

Для ответственных капитальных горизонтальных и наклонных выработок расчеты рекомендуется выполнять по обеим группам предельных состояний и окончательно при­нимать большие расчетные параметры крепи. Для выработок с небольшим сроком службы (до 5-6 лет) и выработок в зоне влияния очистных работ расчеты можно вести по первой группе предельных состояний.

Расчет деревянной крепи

Расчет деревянной крепи производят по первой группе предельных состояний.И он заключается в определении диаметра верхняка, а при необходимости и диаметра стоек крепежной рамы по максимальному изгибающему моменту, моменту сопротивления элементов крепи и действующим усилиям в этих элементах. При установке крепежных рам вразбежку и необходимости возведения межрамного ограждения (затяжки), то параметры затяжки также подлежат расчетам.

В породах с коэффициентом крепости f>4,когда борта выработки устойчивы, а кровля неустойчива и при отсутствии бокового давления определяют только прочные размеры верхняка крепежной рамы. Диаметр стойки принимается равным принятому диаметру верхняка.

Расчет верхняка.Верхняк уподобляется балке, лежащей на двух опорах. Он выдер­жит давление со стороны кровли, если его сопротивление изгибу (R_из) будет не меньше мак­симального изгибающего момента, обусловленного этим давлением (М_из, кН×м):

R_из×W> М_из, (2.3)

Данному условию будет удовлетворять верхняк диаметром (d, м):

, (2.4)

где a – полупролет выработки по кровле вчерне, м; m - коэффициент перегрузки, ед. (m=1,5 - для стволов, их сопряжений, околоствольных дворов и камер, m=1,2 - для остальных выработок, m=1,5÷2 - соответственно в сложных горно-­геологических условиях); L - расстояние между смежными крепежными рамами, м; R_из – расчетное сопротивление древесины изгибу, кПа (табл. 2.4); n_v - коэффициент условий работы деревянной крепи, (табл. 2.5).

Таблица 2.4 Характеристики пород древесины

Таблица 2.5 Величина коэффициента условий работы крепи

Расчет межрамных ограждений. Межрамные ограждения (затяжки), бортов и кровли выработок могут сооружаться из досок, обапола, распилов, а также из гибких материалов, металлических сеток, решеток, стеклоткани. При расчете межрамных ограждений норма­тивные и расчетные нагрузки на них от горного давления принимаются такими же, как и при расчете крепежной рамы. Для расчета выбирается та затяжка, которая наиболее на­гружена, т.е. лежащая на участке периметра рамы, где интенсивность давления макси­мальная. Обычно это характерно для кровли выработки. Затяжка рассчитывается как балка, свободно лежащая на двух опорах - соседних рамах, ее пролет принимается рав­ным (L) - шагу рамы.

Толщина затяжек из досок (Δ, м): , (2.5)

где q - максимальная интенсивность нагрузки, кН/м²:

q = b× γ = (a/ƒ)×γ, (2.6)

где b - высота свода обрушения, м.

Толщина затяжек из обапола (Δ_об, м): Δ_об = 1,5× Δ, (2.7)

Толщина затяжек из распилов (d_р, м): , (2.8)