автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Основание способа и параметров усиления прочной крепи подготовительных выработок

- а

МИНИСТЕРСТВО образования украины ДОНЕЦКИЙ

:ударственный технический университет

На правах рукописи

ГАЙКО Геннадий Иванович

:НОУЛНИЕ СПОСОБА П ПАРАМЕТРОВ УСИЛЕНИЯ ЧНОЙ КРЕПИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка местсроэдешй полззмых ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК 1995

Работа выполнена и Донбасском горно-металлургическом институте.

Научныйруководитель: Заслуженный деятель науки и техники У край

доктор технических наук,'профео ЛИТВИНСКИЙ1

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессо

, ' УСАЧЕНКО Б

кандпдаттехнпческихнаук, доц НОВИКОВА

Ведущгч оргтпаация: производственное объединение по добыче уп «JlyrancKjro.iL».

Защита состоится <■ 1995 г. в час. на заседании спец

щровзпного совета Д 06S.20.02 в Донецком государственном тсхни ■м университете.

Адрес: 340000. Украина, г. Донецк, ул. Артема, 58. ,С диссертацией можно ознакомиться и библиотеке ДонГТУ.

Автореферат разослан«,

В » 1905 г..

Ученик секретарь

Специализированного совета, у . *

доктор технических наук, профессор Л/У] ^-В.И. ЧЕРНЯЕВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РШША

Актуальность тмботы, Сзбоетоиг-йеть утяя а иадаяиэя работа, угольных шахт ьо многом опродэдэдтся устсЗчяасстьв подготовительна* ыработок, Егогсдяо на оястлх Укрт/лу сооруюэтзл 1,6-2 тнс.юк азд-ор'' тяо-'-.г' яжхг/я.'зцлссгго.-ияая ",■> Ю ты«.:;.-! горняк I .'Од, /'.> ос/ : ВО/' о.-.г-- ■¿■глм'сХ ппочной не;:-

ч;;;! с'.:'/,с,:.,.у '; у ол:п оз яр:; ^юл:::!- .-'"С но

г,;;::';:- -и ..ус гл^'-п.м. с^услоогло -л-

.г:'",',;; горней? г,аз;:ои;:.!, что прягто я ;рг,:аг;ияч стагьноЗ ..ЧуочяоЯ ¡и :л1сгсинс,:0!!'11с'. узэсткг-х горю« внработок. £зегодгг:з объааг г^рзарвплониЛ •ггстзвдлда 8-ТОЗ о? ярстетанкссти педоэрхкзаздггх пц-рвйогок, а чясл^ииость рабочих, занятна из ах рзюнта, доет;:гйот II,,'. . сзх п-.'дзо! рабочая. В сто-Д сэязя особу» а«гуальность пр-/.об-р??ак1т »спрос!! соЕорй;-нс?вова!:я,г конструкции стальной арочной крепи, напразлошнгс иа дсз?:ггнк8 нздеетюсти я сндоеш*> «'¿оямссти поддержания горных Быработои.

Цель работы аакйичазтея в обоснована способа я параметров . усиления арочной крепи, позволяема повысить работоспособность-и снизить материалоемкость крепления подготовительных выработок.

основная идеи -работа состоит в повышении равнопрочности несуда элешнтов крепи путем управления напряженным состоянием и жест-гостью наиболее нагрул-линого участка конструкции.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели прмознн-.ась комплексная методика, эклюяающая езхтнш исследования взакмо-.ействия стальноП арочной крчпй с массивом пород, аналитические и абора горние исследования грузо.чесуцзй способности и параметров ее' силэния, прскишлонныа испытания-разработанной конструкции.

I, Устаноагкда осе'епносш яе|ормяроваищг арсшоЗ крепи подто-эг ояыдах а условиях травнияеряого ее нагруазни« со сто-

»¡асеиая гирод, заключающиеся з ограничен-,ш груэокесугз:! сяоеоб-^стя яреик раСогоспособноотьи наиболее напряженного участка ее псиона, расподои«шюго ьбздзч •ягси.г'ума действующа шиглней н^груа-Ч при дс-Р.стви'д сосредоточенной силы угловка размеры 'опасных учаетт ¡в крепи не превышают 30-40 градусов по дуге верхняка.

^• Разработана статистическая модель прогнежрования устойчк-'сти арочной крепи подготовительных выработок, учитывающая влияние новных горнотехнических факторов (глуби.ча разработки, прочность о тающих пород, -влипнкв очг.етинх робот й др.) на работоспособность эпи.

3, Аналитически и экспериментально доказана возможность угзли-иия равнопрочности конструкции крепи путем управления напрккеньтаг

о/дсдшии» ж жакяжсетб® шяйгде® Ksrßisiciura уч^ „гка с учете ■зшкеш» в ннпфшаяеава йгЙгтакЕ каг£узга сз стороны горньос поре (аяайадасаягеЖ вз®ададе£стетя Egeoa с 3£0у"эеео2 эакрешгог о про JJfiiSiEZÜ®»

-й. Устгигшекз. что кшииа авссягааго отпора пород повыа аффшиавиеи» дшяеии® е преде^сригяжя крепя в 1,3 раза," а р шатыша шз> «риерш рааноиерности paucpeßsserotE усилий раепод ш®г $двиет£& уекзяпм дрсгкгается цутем его смешений относите ссж саошрвяарки на угол, вдвое маньтЛ угла падания пород.

¿шгтаеаявсть ваотнис пожшенай и практических рекоменяа е^ташзжааег ховшьзоваявем апробироваиних методов еналитлческ; даДсчрйгершвг и чишима исследования; корректностью постановки «в. ег^шешашоешз ■ укрвлетворэтеяСноЯ сходимостью ро.туль' шзазшгесвие в эясоеркигнхахыаа исследования (рассогласован! IMTJ); пиаоаитедьшлви результатами проотвнноА проверки и. i р5шж рьзро(йшшжаро способа усиления крапи.

Швяювд змачанае работ« задирается в раскрытии особенное зщршжтв г^эоюфрЯ спосоСкостьо арочной крепя под готовит вас вефв^узпк а условиях неравномерного ее загрукеккк, критеря а»вй дщанша ее работоспособности, разработке математической мод ап^едаямшя параметров усиления шаботе загруженного участка сс зжсш^асшгтздьнйм изучении влияния пассивного отпор ред. к® а^екшгшеть усиления и повшешш рашо прочности крепи И^жятаивсщ» значение работа состоит в елвдувцги: afcnam способ ооаышния ранкярочностн арочной крепи и ^ш^^ешшв паразетры ее усиления: величина монета предварите г© «шряаешвв, размер эхзкгнта усилегая в угол его рафонадыки Еюавяиваяю «шншхешю оси сишетряш арки;

5взр®б©та'з способ г прибор для определения изгибавдих мои яда ш ®аз ого« усастке крепн;

ессгаиеда ирогнссютзская табяйца экешдгатзцванааго cocti ЕЯ® SpsnEOfl Ш^ШИ. . *

¿¡вадпазасда теа^иьтатов иесже&ованиЖ. Разработанная кокстк EjtK дщиязгш®® крепи внедрена ара крвелешш шлевого огкаточногс шпг^ева и СССР п.о."Красийдоцугояь*' и реке

взш£0й®ав * применении на других <ЕХтах обьедгншшч Технико-эс даииветшие а^еагишлеть 'внедрения состояла в экономия 27 т »ei jrasgssara да юяууа 100 к вкрабегкк.

Дадабаирм тебстш. Сетавдае . шлокегшя ц>!'ссёр'гац150ннзй ряЁз» дохлэддаш&гсь ка ГЕу^8»о-техничесюас кок*еренпиях

ь JtfMK (г.Алчэвск, 1989-199-i гг.), на тохсеватак в институте "Ек-гипроиахт" (г.Харьиса, 1990, 1992 г.)*, в трестах "Краснодонугязс-трой" (г.Краснодон, 1990, Ш'; р.)', "ДугансчуглестроЯ" (г.Пере-валъск, ±99Ü р.). Конструкция усияэдая арочной крепи отмечеиа П пракяей Комитета по делам молодежи Дугинской областной администрации за ду*те разработка в области наук» и техники (г.Луганск, 1994 г.). ' '

Публикации. Основные полозйшя и результаты исследований от-регзии в II печатных работах, из них 5 автореsasx свидчтельстл на д^сбрзтедая.

О&ыш работы. Диссертационная работа состоит из введения» > глав и заключения, изложенных на 115 страницах машинописного текста, содержит 41 рнсугюк, 10 таблиц, библиографы из 9" накие-ювеиий, 7 приложения иа 27 страницах.

QCH0SSS СОД^ШШЗ РШШ

!

.Анализ отечественного и зарубежного опыта крепления подгото-ительных выработок с^альньш крепями показал, что одной из глав-их причин неудовлетворительной работы крепи является эначитель-ая неравномерность и асимметрия распределения горного давления о контуру крепи и вдоль выработки. Исчерпание груэонесущей спо-обноста крепи происходит лишь на отдельном уг&стке конструкции, ггда как остальныв участки крепи остаится недогруженными.

Работы по исследовании и совершенствовании стальных ра глазе ' «пей были прзьедота М.Й.Гелескулом, а.Б.Дружко, Ji.М.Ерофеевым, .3.Заславским, Ф.С.оигелем» З.Н. Каретниковым, ¿.¿¡.Клейменовым, .О.Киселевым, «.Г'.Коскозаг, Н.^.Коэелевым, Г.Г.Литввнскмм, А.П. '•'cKMOßiai, Д.¿.Селезнев; й.З.Смярняковым, Б.Ц.Усачвшю, К.Л.Чзр-ним, П.К.Ъ.Сге$вноы, а.Согалла, ü.-Ткоби и ,Ч',уш угеиыш.

Эти работы ышно утаовно разбить на два направления: обеспечение оптимального рзжш взаимодействия крепи с масси-н горных пород; б) управление усилиями ъ конструкции крепи, антика управления горным давлением сочетает первую группу '¡акров, формирующих нягрузку на крепь, со второ*обеспечивающей ответствие крепи проявлениям горного даьлени. . Перспективным, точки арения повышения грузокзеучей способности крепи, являются особы управления усилиями в конструкции в соответствии с ярояв-■адями горного давления, а в рамках этого направления - создание

аргдиарутэл^исгй ыапряхздшя крепа. Однако иавастнив конструкции предшфяьаияя азаюетгоз зропи обладали недостаточной оф£вх1Ив-ьюг&а ¿-гдаиа.'^ а «х аггг.ювхенио а ыонтая бшш слоишш и мало-ажалзоа^аасз. &я?леа «вгаага зсййоийя и предаапряжвмья на гру-эззж^вуг- слвзоЗиос?» «рава а условиях еа взаимодействия с масси-£3-л хчераз аорзл йзеа яжадавани недостаточно.

В эгоЭ связз и^от диссертационной работы являются:

- шссдодоввнаэ ргйогоссзетбносад стальной арочной крепи в ещ«£®с з>саоваях;

а дабараяорниз исследования параметров усила - каз а срсдгерателымго игцзряканяя. крепи;

- еаианв всшхангв в счгша экономической эффективности уси шяоЯ крепя.

£1аэюш» нссявдовашя стально2 ерочноЯ крепи проводились с цель» вдучешся оеобишостеЯ -Щуавеямя крепи; оценки еа экспдуата циодаего с ос гонкая; разработки прогностической таблицы для опреде ленкя "-^ягсзобрмносхк усыеши; яреш. этом анализировались провггно-зехшдосхая даумвнпифн но проведению выработки, сведения об калапош ышадоь, обдовенаЯ, обводненности, число ремонтов и пврекрвпяеииа. На обследуешос участках выработок измеряли сле-дувдне параметры: нашею н размера цустот за крепью, число поломанных затякен в кровле я бэкях шр&баткн, смещения в узлах подаТ' ливоста, ьдделиваниэ суоэк в почьу ьцработки, соблюдение зазоров для зранспорта, прогибы и де^оргйн^и эдамзнх'о^ крепи. Новым ь методике 'обследовании было использование комплексных критериев работоспособности крепи (табл. 1).

Таблица 1 Крптер:!:! работоспособности стальной арочной податливей крепи

К^ии работоспособности ; хзбомироьан^

I. соблюдение гмбога кз За— I ^у/ МвНвС

зороа в доработке,

Омесцения элементов в узлах менее 50 более 300

податливости, :г(

3. Поломка аатякек, гинее 5 5-15 более 1Ь

4. иылояьжидозюыгрхкяка 0 менее ¿0 более а С на базе I л, %

Ь. сдавливание стоек ъ почву, кзнее 100 более <ал> 1Ш

Состояние работоспособности ргт крепи принимали по худшему измеренному -гньчении любого из крктсркэв табл. 1. Полезность введения критериальной оценки работоспособности крепи состоит в возможности принятия объективных репенкЯ о целесообразности ремонта, перекрепления и изн'энония паспорта крепления с цзльо усиления (облегчения) конструкции.

Важным критерием работоспособности является выполаяиванк* вэрхняка, характеризующий действуете усилия в крепи. Возникла задача измерения прогибов, так как существуйте прогиботари малоприменимы из-за низкой точности, г'асработаи способ для измерзнил усилия в стальной арочной кропи, заключающийся в определении изменения радиуса кривизны ее элемента и расчета на этой основе изгибающих моментов действующих на базовом участке крепи. Изгибающий момент определяли по формуле:

M-Ejf-^—- ik, . ш

J[W+(a+i>fW*(a-6)* K°i

где EJ - изгибная жесткость элемента крепи;

И. - калиброванная высота измерительного стерхня прогииомера;

Q. - половина расстояния между кромками опор;

6 - смещение стеркня относительно центра основания;

/?0 - начальный радиус кривизны элемента крепи.

Точность определения усилий нового способа в б-Ю раз выше, чем в устройств;«, основанных на прямом измерении стрелы прогиба, разработанный прогибомер был использован при шахтных обследованиях крепи.

На основании принятых критериев работоспособности и данных обследований, была разработана по методике проф.^румкина P.A. прогностическая таблица состояния стальной арочной крепи (табл.Я:).

Прогнозировались надежная работа (гипотеза Г^) и отказы крепи (гипотеза Г,). Отношение вероятностей показывало го сколько раз вероятность гипотезы Tj правдоподобнее вероятности реализации гипотезы Г,. Чем больше положительное значении прогностического коэффициента, тем более правдоподобна гипотеза f'j. Применению прогностической таблицы должен предшествовать выбор распознающее порогов. При этом ошибка первого родаЫ. возникает, когда вместо гипотезы Г'^ (безотказная работа крепи) принимают гипотезу IV (отказ). Ошибка второго рода противоположна первой. Новым в данном подходе было го, что соотношение ошибок I и П ро-

Таблиц;» 2

Прогностическая таблица состояния сгьлькой арочной крепи

& JH Сактор ! Диапазон! Отношение Шрогности- Mi :о

п/п! ! фактора !вероятностей1ческиЯ !гивн

i ( / \ ' ( f \ í О \ !коэффициент!6акт

• I KL } уJ ' ; { Ни> ; (Д,) rij¿

I. Глубина эалокения 400 1.5 +18

выработки Н , и 400-600 1,05 +2 ' 5,4

600- 0,58 -24

Предел прочности пород 5С 0,67 ■ -17

на одноосное 50-70 1,03 +1 4,7

сжат;.е о , Ша 70 1;50

3. Влияние лавы нет - 1,57 +20 . 29

есть 0.Í-I -Ш

4. Расстояние между I 0,68 -17

рамами крепи с » С,7' 1,03 +1 7и

м 0,5 1,94

5. Площадь сечения 11,2 1,1»: +5

выработки Scn , 11,2-13,В 1,03 +1 0,-

/ 13,8 0,83 -5

6. Критерий устой- 0,15 2,2 +34

чивости Ю.З.Зас- 0,15-0,3 0,88 -О 10, <

лавского 0,3 С ,57 -¿.4

да в распознавала порогах определялось из еяализа экоикагзес-кнх последствия их рсйякзацнк в выработке. lia основании опрэда-ленкя стоимости ошибсао^ ипринято ссотноезик-эoi=2f>. Наиболее информативны? фа к гор;:.; оказалось рлиенио ласн ( j¿ =¿.3), что обуславливает резкое сшзгг&з устоПчксости выработгзг в зонэ вредного влияния очистгтх uitfo? . ■ ". •

Наименее информативным фактором является п^садь сечения выработки Q¿ =0,4). ¿то объясняйся кошексацией сниггзмия устойчивости выработки при псБшгшш se ваушш за счет установка большего типоразмера спецпрофиля.

Прогностическая таблица поезолшга по известный входам горнотехническим факторам судить об оаздаеиой устойчивости крепя а необходимости ее усиления.

Яо .разработанной методике было обследовано 44 ГОрййх ш-работкя 17 угольных шахг объединения "^'шнекуголь* а *%аекэдок-Зфояь"» Шахтные наблюдения показали:

I. По всей группе обследованных шработ-гк ^^орипроеаяннми оказалось арок. Таким образон, надежность работа стальной арочной крепи не превышает. 72$, что явно недостатседо.

к. Как правило технологии возведения крепи« трещащая забутовки закрепного пространства и расклинки арка, не создается.

3. При некачественной забутовке и установка гц?ки под плоскую кровлю верхняя начинает деформироваться задолго до исчерпания податливости теряя не су ада способность« Оря,этом порода смещаются перпендикулярно напластованию и есгупаот в точечный

контакт с верхняком крепи.

4. Характерными особенностями недопустимого де формирования крепи являются: ■ Зраэование пластических шарниров йа егге^ррэфи-ле в результате потери его местной устойчивости, ар «стране т &е н~ ный изгиб элементов спецпро.^иля, разрыв скоб На податливых соединениях, чрезмерное проскальзывание спе^рофилвй в узлах податливости из-за недостаточной их работоспособности, поломка затяжки и высыпание порода внутрь выработка.

Аналитические исследования грузонэеуцей способности стальной арочной усиленной крепи проводились на ПЭШ itivU'J. Исходя из шахтных наблюдений была выбрана расчетная схема, в которой нагрузка представлена ь виде сосредоточенной силы в центра пролета ( рис. D.'Svo отражает один из наиболее неблагоприятных сдучаев загружен/л крепи, что идет в запас прочности по сравнению с иными схемам загружения. Изгибная жесткость на участке

Осчосная снсте1.» для расчет сранниьаемих варшиев раыноп крепк

&) сбичная крепь; б) усиленная предналряквнная крепь. Рис. I

усиления з 2 раза прошлала »зсгкоеть ярэли (т.е. совшстная уа-Joia мрхняуа и эл.«.чнта уснлсния происходит без передача на таете касательгак напряжений). Определялись действующие усилия и яэрзмэщаиия для обкчноП усчлеиноЯ к лреднапряхекной крепи (ряс. i.). Оптимальный преднапркгачедЦ} момент выбирали из равенства напряжз-в центре я на концах усиленного участка. Это обеспечивало pes-иопрочность крепи э наиболее напряженных сечениях. Получена формула дач определении оптимального момента прздаапряжения:

м = Щ*" Ч(.9°\ „ ' Ш

^Т-^МрЩ^ Мрк ~ соответственно изгибаклцяе моменты от силы Р»1 а центре и на концах элемента усиления}

' изгиба»!?« номенты от прсдчапрпгаю^аго момента Ц=1 в цгнтро и на концах элемента усиления1?

Аналитические исследования показали, что яра отсутствий забутовки элемент усиления с центральным углом 40-00° н прздкапркгащаи кодантом 0,02-0,1 позволяет увеличить несуцуо способность крепи в 1,5-1,6 раза при увеличении массы крепа в 1,2-1,25 раза.

Однако расчеты не могли учесть влияние забутовки, создающей пассивный отпор пород. Для его учета с помощью теории подобия а размерамиостей, по методу Кирпичева-Барба-Кика были определены критерии подобия и разработан стенд для испытаний модели крепи (рис. Э). В качестве исходных быяи приняты геометрический критерий подобая

o¿¿ ' ¿h/Lm~¿0

! критерий подобия модуля упругости

0¿c -Ец/Ен = 1

оскодьку в качестве материала модели Зила принята стальная про-олока с том зе модулем упругости, что и у слэцпрофиля (Ст.5). Ис-оенвв критерии чозео'или определить остальные критерии подобия' а граметры ¡¡-одели:

c/^Cv/c^: = Ы.с = /

c¿t=oLr CLl * 400

Относительныв напряжения Ô смсмшМ-; рамной арочной крепи

а) обычная

кооль

ö) усиленная крепь

6) усиленная и напряженная' крепь

Рис. 2

Схема стенда для моделирования работы , II

а)

Рис. 3

. W*/Щ^-оС^-ВООО 12 «¿ДЬ =Кн/Кгн 0,05

эбоэиьчьжв критериев подобия, соответствующих нижним

гескатричоскиа характеристики модели: линейный р эмер, яло'дэдь связник, моязнт сопротивления сечения, момент инерции сечзния;

силосие характеристики моделирования: модуль упругости напряжения крепи, сосредоточенные силы при нагружении крепи, распределенная нагрузка; - кооффициент пастели. При проведении эксперимента (рис. 3) модель крепи 4 устанавливалась иа основание I стенда и фиксировалась зажимами 3, которые не ограничивая перемещения арки в ео плоскости, выполняли роль меж рамкой стяжки. Поскольку взаимозаменяемый спецпро^иль имеет равные ьзонеита сопротивления по вертикальной и горизонтальной осям, целесообразно моделировать его сечение круглой проволокой. Загружение производили через гибкую связь (тросик) Ь, прикрепленную к вершине арки и пропущенную через направляющие ролики Нагрузку на арку повышали ступенями по ¿¿С И. ¿1ерсн;'.Я предел нагрузки соответст-, вовал 100 И (40 кН в нат ре), что гарантировало упругий ремим работы крепи. Для каадоЯ ступени нагрузки лпределяли с помощью педика .торса часового типа 5 ыедзний контура модели крепи с точностью С,131 мм. Для учета пассивного отпора пород на панель 2 прикрепляли опорные элемента 10, пготио прилегающие к модели кропи 4, моделирующие ¡хесткую забутовгу занрепного пространства. Предварительное напряженке создавалась с помощью моментов силы, приложенных на концах элемента з'сетзшя Б ггутем их эанаволиьан-ия.-

Рассматривалась сдадузк^е схемы загруженил сосредоточенной силой:

I. о центре пролета верхияка с учетом и без учета пассивного отпора пород.

к. Ьнецентренное загружение с учетом пассивного отпора пород.

,цля каздого сл^чаэ эагружения испытывались три модели: обычней, усиленная * уч.ллеиноя преднапряженна;). ^раонение смешений крепи, полученных расчета и моделирования, показало, их высокую сходимость (отююаакие 10~х7%), что' позволило попользовать модель

ГД8 -аядвксам;

¿ЛЩУ-

САРД

для исследования работы <!;рсш! -с .укзтсц .пассивного отпора пород. Установлено, что оф^ктезиосявь .уоназикя ицрзднапряжения «репи увеличивается в условиях шассмнам отпора пород а 1,3 раза и в целом позволяет повысить .г^тузсигсу^» способность ксксгрукции в 1,9-2,1 раза.

Вкецентреккоз загругзниз щропп, .гсзвашюз сцзцггекямн пород по нормали к напластованию в .Ецрейотках, прейденных ПО' простиргния, увеличивает радиальное екецепие .э .наиболее опае!5нх се сечениях на 15-*:0?а. Исследования® показано^ дто элзд&н? усиления целесообразно располагать под углом, вдое нзньшм угла зрлегания пород, что обеспечивает более равномерное распределение смещений по периметру арки и компенсирует возможнуо ошибку в определении места воздействия нагрузки.

На основании проведенных исследований была разработана конструкция усиления, выполненная на базе крепи КШ-АЗ (рис.,4). Усиленный верхняк состоит из сериПного варзшяяа I Ефвпи Ш1-АЗ и элемента усилениям, представляющего собой отрезок спзцпрофк:»*» тогоже . радиуса, кривизны, что и верхняк. Размер (центральный угол) элемента усиления определяется "из условия обеспечения наибольшей г фиктивности усиления с учетбм весового и силового критериев и составляет 40-60°. Элемент усиления 2 сочленен с верхняком I крепи при помощи соединительных скоб 3. Ыежду днищами спецпрофилей верхняка I и элемента усиления £ размелют два стальных вкладыша.4.

Технология возведения усиленной крепи заключается в следующем. После м штажа арки крепи и ее тщательной.расклинки элемент * усиления 2 с приваренные вкладышами 4 прикрепляют к верхняку I хомуяаш 3, после чего производят предварительное напряжение крепи. Для этого динамометрическим ключом затягивают гайки на скобах уси-ливаг' эго элемента, создавая .напрягающий момент, соответствующий ожид^&мой нагрузке на крапь. Целесообразно использовать при монтаже крепл замки Ы1К, позволяющие в 1,Ь раза увеличить предельные .'. нагрузки на крепь.

Шахтные испытания и внедрение арочной усиленной крзпи были выполнены в полевом откаточном штреке гор.'/3.7 м ш.им.50-летия СССР п.о."Краснодонуголь". Эксплуатационное состояние и стабильность работы крепи определяли путем инструментальных наблюдений за смещениями контура выработки и элементов крепи а узлах податливости. Для этого на опытном участке длиной 135 м -(шаг усиленной крепи .составлял I м) и контрольном участке (шаг обьгаиой ¡крепи - 0,5 м) вы- "

Элемент усиления арочной кропи

Узел А

Узел Д

Б - Б

3 1

Рис. 4

работки были установлены по пять коитурэтж станций. Пркчем на близлежащих к станциям гркгя фиксировался нахяос® зяемтитос крепи в податливых соединениях. Наблсдения проводились в течение 12 месяцев.

Испытания показали, что состояние выработки на опытном участке, где плотность крепи уг?чывзиа в 2 раза, было Бполие удовлетворительным и эквивалентным контрольно^ участ^. Внедрение дало фактическую экономив 27 тонн металлопроката на кеядае 100 м.полевого штрека.

Эффективность разработанной конструкции усиления в зависимости от шара крепи представлена в табл. 3 (трудоемкость принята пропорциональной кассе устанавливаемой крепи).

Таблица 3 Эффективность усиления арочной крепи

Расстояние «заду рамами, и I ЭЗДахтйвиость (а % к Ш1-АЗ)

Обычная исилен:ая ¡увеличение Икономий Снижение

крепь [ крепь !грузона сущей Iиеталлопро-1трудоемкости

(ГОШ-АЗ) I {способности I ката 1возваденкя

0,33 0,7. 0 43 43

0,5 I 0 40 40

0,7 I 40 16 16

0,7 1,2 16 30 30

0,8 I- 60 4 '4

0,8 1,2 33 20 20

без изменения 100 -20 -20

Заключение

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой дано новое решение актуальней научной задачи, заключающейся в раскрытии особенностей управления грузсиесущей способность» арочной крепи подготовительных выработок при неравномерном ее яагруяении и разработке математической модели определения параметров усиления наиболее загруженного участка крепи.

Основные выводы, научные положения и практические! результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Предложена комплексная методика обследования состояния стальной арочной крепи подготовительных выработок, основанная на

' 16

рмалькоЯ оданко <;а раб/тоаюсобносш. качестве критериев Г^ботэспосьбвости приняты: солюденка ль^ого из лазорев в Быргбот-га, сюдание лык. .тоь в .узлг^г подчтл.^осги; процент поломки зат* х.г;, вдавливание стоек в почву, кылояажиоаше герхняка на базе Ь Определены доверительные границы критериев в зависимости от состс ккия крпи, что позволяет приникать обоснованные решения о целесообразности ремонта или усиления конструкции.

к. гаэрабог^н на уровне изобретения способ измерения усилив в стальной арочной крепи, заключающийся в определении изменения радиуса кривизны ее элемента и расчета на этой основе изгибающих ■ моментов, действующих на базовом участке крепи. Точность определения усилий нового способа б 5-10 раз выше способов, сонованных на прямом измерении стрелы прогиба. Разработанный прогибомер при-монсн при шахтных обследованиях крепи.

3. Составлена и обоснована прогностическая таблица эксплуа- ' тационного оостояния стальной арочной крепи, позволяющая на основа значений известных входных- горно-геологических факторов су-дкти об окид^емоЙ работоспособности крепи и принимать решения о необходимости усиления конструкции. Соо1 ношение ошибок I и II рода в распозиаю'дах порогах определялось из анализа экономических после деть»?, их ^«¿алиаацци а выработке.

4. ыэдтнке иаъуршо наблюдения за состоянием стальной арочио! крепи ь 44 подготовительных выработках показали, что в среднем надежность се работы не превышает 73^, а арор находятся в нерабочем сосгоншш и нувдавтея в усилении.

5. Лзработ&нч к исследована конструкция усиления и преднап-рякения сеаяыюй арочной крепи, основанная на обеспечении равно-прочности ее элоирчтов путем целенаправленного изменения напряженного состояния жесткости наиболее нагруженного участка крепи.

6. Аналитича кио исследования работы усиленной крепи при отсутствия забутовки показали еозкойшость повышения ее-грузонесу-«оЯ способности в 1,5-1 ,о раза при увеличении массы крепи в 1,*.-1,25 раза., причем за счет усиления реализуется около <30« усиливающего з'Уекта; а за счет продетпрягаоцего момента - до ¡¿Ой.

7. Установлены аналитические зависимости, позволяющее рассчитать оптимальную величину лродаапрягмкззго момента и размер алемен га ус;;лен/,я. о качестве критерия сятаклькости принята равнопроч-ность крепа в наиболее напряженных ее сечениях, что обеспечивалось равенством суммарных напряжений (от внешней нагрузки и преднапрк-гав^его момента) в центра и на концах усиленного учас.-ка.

8. Экспериментальные зсе'аяотатач гза»зсзгэс7592 епссеСзосги и 10$орммруемоста усягемсой ярзгл з« ксдаза позэззла, trro иря ваз* ',-?лтрймо-5 еэ злгруткениа 'эяеаза? усзгэквя «задув? сиестам» относи-еаьно.оси сиЕйтраа арки яа угол, вдзсо утка заяег^нкя

юрод, что обеспечивает, болза равномерное расвг-з^ленгв смещений .о периметру арки и устраняет кэгатавные ¿следствия от возможного э.ч-знэлия места г;рилсшния втаанзЯ нагрузку.

Моделированием на стенда с ьоспроазгздомеа аза.аыодейстьия рели с массивом пород установлено", что пассивный стяор со стороны абутовки закрепного пространства г.овшает эффективность усиления прэдаапрявения крепи в 1,3 раза и э целом позволяет увеличить рузокзсущуа способность конструкции в 1,9-2,1 раза.

lü. Результаты диссертационной работы внедрены при креплении :левого откаточного штрэка гор.71? м ш.им.5С-летия ССС? п.о."Крас-?дочуголь" и рекомендованы ддя внедрения на других капах о(Ьеди-!ния. Технико-экономическая эффективность внедрения состояла в юноши 'тонн маталлспрокита на каждые 100 ы выработки.

Основные положения диссертационной работы изложены s статьях защищены авторскими свидетельствами:

Литвинский Г.Г,, Гайко Ш, Прогноз устойчивости стальной арочной крепи.-Уголь Украины, 1993, Г- 6.- С.33-36. Литвинский Г.Г., Гайко Г'.И. ¿¡осяэдование работы стальной рамной крепи на модели.-Известия вузов: ГорннЯ курнал, 1932, ^ V,-С.35-40. '

Литвинский Г.Г., Гайко Г.Н. !1оделирование работы стальной рамноД крепи горных выработок/ b сб.Новые технологии и оборудование горных работ. - Киев, 1У93. -СЯ7-30.

Литвинский ГЛ., Болотам ¿.Б., Гайко Г.й., Кулдыркаев JJi« Усиленная" арочная крзпь. ~ Луганск: ЦНШ1, I9&.

. 'ко Г.II. Зкхгнк« исследования стальной арочной крепи в лодго-тонительякс выработках/ Мориак трудов ¿ДШ. - Кие и : в печыжи; • Литвинский Г.Г., Га^ко Г.И. Прогибокер шахтный рамной крепи. - Луганск: L^iicii,

A.c. СССг, '-Кй II <1 ,Д 11/14. Прзгибомер для измерения

усилий d шхтлой крепи/ Г.Г.Латвинский, Г.И.ГаЙко, И-ИХурма, а.И.Нулдиркаео.- Опубл. 30.t3.3L, Ьюл. $ Ус. Полок^.-епное решение по заявке № 5ui.I39^/«X», |ДШ iS ¿1 & 11/14. Способ поддержания горних выработок/ Г.Г.ЛитвинскиЯ, Г .11 Гзйко, о.И.Кулцыркаев, О.Д.Бурбеяо. - от 09.1/1.Л.

9. Пояааатвлькоэ раееииг по заявка » 4941447/03, МКК Ы к.1 Д 11/15 Иах»*м затяажа для раиюй кропи/ Г.Г.ДитвингкиГ;, В.Б.Волошин, Г.Й.ГаЙы», В.И.Куядкрказв» А.К.Бувэдш,- От ¿7.03.9с.

Ю.Ползяитялько« регзиие по заявка № 4838633/03, МКИ Ii 21 д 11/14, Стенд для испытания рамной кропи/ Г.Г.Яитвинский, ¿З.Ь.оолозин, Г.й.Гайко, В.И.КулдыркЕсв.- ОТ 11.09.91.

И. Пояоямтэльное реваниа по заявке $ 4939£78Д8, ЫКИ Е '¿I Д И/14 Стенд для испытания рашой крепи/ Г.Г'.Литвинский, В.В.Ьолошин, Г.И.ГвЙко, Б.Й.Куддаркаев.- От 07.07.92.

АННОТйЦМ

Гайко Геннадий Квзновяч. Сбоснараймо способа и паранвгров дсиленпв зрачиой крепи поягоговятелыгах знработ. ;

Диссертация на соискание ученой степени каняидаta^.texaavec^ mi* надк по специальности 05.15.02 - " Подзоинаа рагработка~:цее-' ■ , тороадений полезная ископаемта', йовечййй гэсщгарствеккгА * техни- . чесхяй дняверситет. Донецк, 1838. ',

Зааадается дяесертадаюкйаа работа, в которой ваяо ново» ре- • венке актуальной научно-технической задача по оАттзёш^^сме- -кня арочной крест сцвдь» ¿cKp&se&tia 8ltepKS«o@^ocTi» ii tvoKiioc- ■» гк Rpeiuetma порхотоектеяьких вврабзтол. Сбосяоваи способ йовюм-ниа равнопрочное« крепи йвйреЕевеишвараветра ее ?сялениа. Зко-яогаческаа е$фехтю«ос«> вкецрейва сос«аец$ 2? ? *етШойрок&та «а кая&ае 100 к еарабо«»..

Кячов! сдом: п!*готовч4 зкрови. ГЕрсша ?вев, арочяе •ЧИплеияв. меиеяг я1ясме*ив, кесвча сярововя1стб.

ШИШ U &Й1К0. The sebstahtation of «ау aRd parateters of strsnettietiifie erehed support of ¿evaiopBente headings*

' Thexls of the dissertation for a scientist degree of candidate of technical sciences on specialities 0S.tS.92 -" The underground dwelopient of deposit* of asefa! eineral DonSTO, Donetsk. 1995.

The purpose of the dissertation .¿as redaction of specific cansatption of support latertats and cost of the arched IInine

far delcpsent heading.

Author of dissertation glees the пей decision of urgent technological (.ask on optimization of strengthening arched support. The way of increase stability arched 11nine and the paraseters her strengthening is Justified. The econoeic efficiency of adoption scientific achivetents In Idustry has Bade 27 t aetal on each 100 ■ the developsent headings.