автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Управление режимами взаимодействия породного массива с крепью горных выработок на основе регулирования ее деформационно-силовой характеристики

РГ6 од

1 О ''ли '^АЙДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ. ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

На правах рукописи СИМАНОВИЧ Геннадий Анатольевич

УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА С КРЕПЬЮ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ОСНОВЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕЕ ДЕФОРМАЦИОННО-СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

05.15.02 - "Подземная разработка месторождений

полезных ископаемых" 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск - 1993

Диссертационная работа выполнена в Днепропетровском горном институте

Научные консультанты: чл.-корр. АГН Украины, доктор

технических наук, профессор Б.М.Усаченко;

доктор технических наук, профессор Е.Г.Баранов

Официальные оппоненты; доктор технических наук,

профессор Л.В.Новикова;

доктор технических наук, профессор М.П.Зборщик;

доктор<технических наук В.В.Виноградов

Ведущая организация - Донецкий научно-исследовательский

угольный институт ( ДонУГЙ)

Защита состоится ^Со&Л 1993 г. в /=> — ча

на заседании специализированного совета Д.016.40.01 при Институте геотехнической механики АН Украины ( 320600, г.Днепропетровск, ул. Ошферопольская, 2а, ИГ1М АН Украины ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геотехнической механики АН Украины.

Автореферат разослан " " сХбг^я&к./ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Шпакунов И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На современной этапе развития уголь-юй промышленности Украины повьшение производительности труда в зтрасли с одновременным улучшением основных технико-экономиче-жих показателей, условий.труда и техники безопасности наиболее геено связано с репеииеы проблемы обеспечения устойчивости капитальных и подготовительных горных выработок. Это особенно актуально, поскольку в настоящее время, например, в Донецком Зассейне трудоемкость поддержания выработок составляет в средам 70-90 чел.-смен на 1000 т добываемого угля. Причем до 15-2055 тротяяенностн выработок не соответствует требованиям правил безопасности, а на ряде шахт со слоаншн горно-геологическини ус-га вияки праходится еаёгодно ремонтировать до 30-40% их общей донны, что обуславливает значительные материальные затраты и зтвлечение'трудовых ресурсов в больпоы объеме. Вместе с тем рспешое рзвение проблемы повызения устойчивости горных выра-5оток связано не только с созданием и внедрением надежных и экономичных видов крепей и средств механизации их возведения, « и в значительной, степени с наиболее полным учетом напрянен-«о-дефоресфованного состояния породного массива в окрестности сорной выработки и установления на этой основе рациональных ре-шыов взаимодействия крепи с породным массивом. Поэтому разра-5отка геомеханических методов управления состоянием вмещающего выработку породного массива и их реализация в новых конструкциях крепи представляет собой важную научно-техническую проблему.

Исследования выполнены в соответствии с целевой комплексной программой РН.Ц.001 "Соверзенствование технической базы топливно-энергетического комплекса и повьшение эффективности использования энергоресурсов" (Энергокомплекс), утвержденной Постановлением Госплана УССР Р 3 от 28.01.1981г.; ЦК0П £ 13 "Совершенствование горно-подготовительных работ на основе более широкого применения и улучшения использования производительных технологических процессов, малшн и средств крепления, создания и внедрения новых способов я средств проведения, крепления, охраны и поддержания выработок", утвераденной,Первым заместителем Министра угольной промышленности СССР № 2-35-14/250 от 15.06.81г.; отраслевой программой "Разработать и освоить в про-

изводстве вяжущий материал на основе фосфогипса, технологию и механизацию его применения на угольных шахтах для поддержания горных ¡заработок", разработанной в соответствии с Постановлением ГКНТ № 535 от 31Л2.66г., приказа Минуглепрока СССР и Гос-гортехнадзора СССР )? 130/101 от 26.06.87г. и утвержденной Первым заместителем Министра угольной промышленности СССР № 14-2-11/555 от 08.07.87г.; тематическим планом госбюджетных работ Минуглепрома СССР "Техкомпяекс механизированной доставки с поверхности и укладки компонентов твердеющих смесей для крепления и охраны горных выработок с использованием различных видов транспорта", утвервденным Постановлением Госстроя СССР $ 248 от 21.10.87г. и "Разработать нормативные документы для проектирования и рекомендации по повышении научно-технического уровня проектирования предприятий угольной промышленности", утвержденной "Центрогипрошахтоы" № 20/07-309 от 24.02.86г. Работа является составной частью исследований, выполненной по хоздоговорным темам (номера госрегистрации тем 76084084, 01840025543, 01880069343, 01870024394, 01910004118).

Целью диссертационной работы является разработка научно обоснованных методов уярагясняя рггимгаг; Езакгодействкя системы "массив-крепь" для создания и расчета высокоэффективных крепей горных выработок, обладающих возможностью регулирования состоянием породного массива и крепи путем реализации в ее конструкции принципа адаптации к характеру проявлений горного давления.

Основная идея работы заключается в совмещении процессов управления состоянием породного массива и крепи посредством регулирования ее.деформационно-силовой характеристики с помощыз управляющих элементов.

Методы исследований. Поставленная в диссертационной работе цель достигнута на основе применения комплексного подхода, включающего анализ и обобщение опыта крепления горных выработок, существующих методов прогноза проявлений горного давления; аналитических исследований с использованием методов механики твердого деформируемого тела, механики подземных сооружений, строительной механики и теории вероятности и математической статистики; лабораторные исследования с использованием положений теории подобия; исследования в натурных условиях.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- эффективность управления режимами взаимодействия системы 'массив-крепь", базирующегося на критериях выбора рациональной .еформационно-силовой характеристики крепа, зависит от степени «алязацга ее адаптивных свойств применительно к хонкретньм гор-ю-геологическим условиям и определяется возможностью регулиро-ания механическими и геометрическими параметрами узлов конст-укции с помощы: специальных управляющих элементов;

- деформирование системы "массив-крепь" в определенных гор-о-геологических условиях характеризуется тем, что часть объема ородного массива в зоне неупругих деформаций может быть выведе-а из предельного равновесного состояния и при потерт устойчи-ости существенно изменяет величину и характер распределения на-рузки на крепь; этот процесс имеет место при следущах условиях:

^ ОС/г?.

статочная прочность пород о^ в зоне руинного разрушения о^' ¿0,06 , усредненная по периметру реакции крепи 6 00 кПа (здесь &еж. ~ предел прочности ненарушенных пород на днооснов сжатие);

- в условиях неустойчивого предельного состояния части бъена пород в зоне неупругих деформаций образуется свод пра-ельного равновесия, на размеры и форму которого оказывает зиа-ительное влияние величина и характер распределения по контуру ыработкн реакции крепи; при этой установлено, что нанимальная агрузка на крэпь от веса пород внутри свода предельного равно-всия достигается пра достаточно постоянном (для однородных вкэ-шцшс пород) характере распределения реакции крзпя по контуру

-¿+(0,62 + О,65)$1п (0,23 + О

7-о

сд© и фе ~ фуннгдая распределения рациональной реакции

репи по контуру выработки и равномерная составлящая реакции рэпа соответственно; 0 - угловая координата контура), кото-яй и является рациональным;

- деформационно-силовая характеристика монолитных крепей зриых выработок в значительной степени зависит от анизотропии панических свойств их материалов не только по толщине, но и

) периметру, что позволяет (при ее регулировании), во-первых, >лее полно удовлетворять критерии равнопрочноста крепей (и по-

т

вышать, тем самым, их несущую способность) и, во-вторых, достигать рациональной функции распределения реакции по контуру выработки;

- повышение несущей способности рамных крепей и достижение рациональной функции распределения реакции крепи по контуру выработки реализуется с помощью специальных управляющих элементов при условии попеременного чередования максимумов изгибающего момента разных знаков и их равенства между собой по абсолютной величине.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации обусловлена: корректной постановкой задач; использованием фундаментальных положений механики подземных сооружений и механики твердого деформируемого тела, методов теории вероятности и математической статистики; удовлетворительной сходимостью результатов аналитических, лабораторных и натурных исследований (отклонение экспериментальных и расчетных зависимостей при определении нагрузки на крепь, испытании рамно-штанговых и штанговых крепей не превышает, как правило, 20-25$ при надежности 0,95); положительным опытом внедрения основных результатов работы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан новый подход к- выбору высокоэффективных конструкций крепей горных выработок и расчету их рациональных параметров, базирующийся на предпосылках структурно-логического анализа, объединяющего методы прогноза проявлений горного давления и расчета деформационно-силовой характеристики крепи посредством критериев достижения рациональных режимов взаимодействия системы "массив-крепь", реализация которых осуществляется с помощью управляющих элементов, заложенных в конструкции крепи;

- создан новый комбинированный метод определения нагрузки на крепь горной выработки для условий неустойчивого предельного состояния части объема пород в зоне неупругих деформаций, учитывающий неравномерный характер распределения реакции крепи по контуру выработки, на базе которого получены новые уравнения связи размеров зоны обрушения, нагрузки на крепь от веса пород этой зоны с функцией распределения реакции крепи по контуру выработки, являющиеся основой для последующего выбора рациональных режимов взаимодействия системы "массив-крепь";

- сформулированы и дана геометрическая интерпретация новым критериям выбора рациональных ренинов взаимодействия системы "массив-крепь": критерий формирования минимальной нагрузки предполагает рассмотрение процесса взаимодействия элементов системы в трехмерной постановке, где третьим измерением является периметр крепи (контура) горной выработки; критерий равнопрочности крепи определяет условия снижения интенсивности поля напряжений в ее материале с помощью управляющих элементов;

- впервые разработана модель расчета напряженно-деформированного состояния монолитной крепи горных выработок с анизотропией деформационных характеристик как по толщине, так и по периметру крепи, на основе которой решена задача снижения интенсивности поля напряжений в ее материале;

. - впервые решена задача о напряженно-деформированном состоянии класса беззамковых штанг в трехмерной постановке; при этом установлено, что потеря несущей способности штанги по фактору прочности ее закрепления в шпуре может произойти не только от действия касательных напряжений по поверхностям контактов, но и от действия осевых растягивающих напряжений в породных стенках шура.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении закономерностей влияния регулируемой деформационно-силовой характеристики крепи на параметры состояния породного массива в окрестности горной выработки и создании на этой основе методов управления режимами взаимодействия системы "массив-крепь". Практическое значение работы заключается в создании метода прогноза проявлений горного давления; новых эффективных конструкций крепей и их элементов; методических материалов по расчету геомеханических, конструктивных и технологических параметров применения разработанных новых технических решений, а также в использовании полученных результатов в рабочей документации крепления и охраны горных выработок при проектировании н эксплуатации угольных шахт.

Реализация результатов исследований. Основные положения работы использованы в следующей отраслевой нормативно-технической, технической и методической документации: типовые материалы для проектирования "Сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной шатровой крепью для условий шахт Западного Дон-

босса" (утверждены МинугдепромомСССР: технические решения в 1984г., типовый проект в 1990 г.); техническое задание на комплекс вспомогательного' оборудования процессов торкретирования КВШТ (утвервдено Иинуглепромом СССР, 1989 г.); рабочая документация на серийное производство опорных плит для крепи из спецпрофиля: ОПК I, СИ 3 и 0Щ£ 4 (технические условия ТУ 12.54 10775.003-87); рабочая документация на серийное производство крепи натровой из слецпрофвля КШС 2 (технические условия ТУ 12,5410775.002-87); "Нормативные документы для проектирования и рекомендации по повыгоню научно-технического уровня проектирования угольной промшяенности" (утверждены Ыинуглепромом СССР, 1987 г.); "Временное руководство по применению трубчатой штанговой крепи" (утверядено объединением "Торезантрацит", 1986 г.); "Временное руководство по расчету параметров тампонажа закрепно-го пространства горных выработок твердеющими смесями* (утверждено объединением "Павлоградуголь", 1989 г.); "Методика расчета рациональных параметров крепи из двутавровых балок" (утверждена институтом ДГИ и институтом "Днепрогипрошахт", 1991 г.); "Методика расчета параметров рамно-анкерной крепи'' (утверждена инсти-

imrm(ti(tr tlPti tt "ПивпплпнпуимяА^щЯ TOOT n \ • TWAmm маяйгмяамЬ wwn

******* f^l Ь M jiytV»t|n<r» MU^fWIHMA* f i • J f ANMWWaW WjMtWMM ¿PM*

проектирования "Технологические схемы тампонажа закрепного пространства горных выработок быстротвердепцими смесями" (утвервдены Госстроем СССР, 1991г.).

Дня повышения устойчивости горных выработок, и снижения материалоемкости их крепей разработаны, защищены авторскими свидетельствами и цроведены опытно-промшленные испытания рациональных конструкций штанговых, рамных, рамно-штакговых крепей с объемом изготовления в объединениях "Торезантрацит" и "Павлоград-уголь" более 5000 комплектов.

Дня полной механизации процессов приготовления и укладки быстротвердеющих смесей при возведении крепежных и. охранных конструкций горных выработок разработаны, защищены авторскиш свидетельствами, проведены стендовые и опытно-промшленные испытания комплекса вспомогательного оборудования процессов торкретирования.

Результаты работы внедрены: .

- в рабочую документацию строительства и реконструкции шахт с годо&ыы экономическим эффектом I960 тыс.руб. (долевое участие

соискателя - 795 тыс.руб.);

- на шахтах им.Лутугина и "Восход" ПО "Торёзантрацит" внедрена технология возведения, трубчатых штанг, взрывным способом с годовым экономическим эффектом 12 тыс.руб. на I км выработки (долевое участие соискателя - 8,4 тыс.руб.) в ценах 1990 г.;

- на шахтах ПО "Павлоградуголь" закреплено 3150 м выработки крепями КШС-1 и КШС-2 с получением годового' экономического эффекта 172 тыс.руб. (долевое участие соискателя— 43 тыс.руб.).

Апробация работы; Основные положения 'диссертации доложены и одобрены.на Ш и У всесоюзных семинарах "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород" (Новосибирск, 1980, 1985); республиканской научно-технической конференции: "Совершенствование способов охраны и средств крепления горных выработок глубоких горизонтов шахт" (Киев, 1979); межотраслевом семинаре "Комплексная механизация проходческих работ при- подготовке горизонтов и реконструкции шахт" (Челябинск,' 1980); всесоюзной школе "Применение средств контроля и обеспечение устойчивости, кровли горных выработок, и целиков"- (Кентау, 1980); XIII отраслевой научно-технической конференции молодых ученых (Кривой Рог, 1978); 111 и 1У конференции "Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в угольной'промышленности" (Донецк, 1980, 1984); УП и X республиканской научно-технической конференции молодых.ученых и специалистов по вопросам совершенствования добычи и переработки горючих сланцев (Кохтла Ярве, 1984, 1989); УП семинаре по исследованию горного давления и способов охраны капитальных и подготовительных выработок (Владивосток, 1980); Х1У конференции молодых ученых "Физико-технические проблемы разработки и обогащения твердых полезных ископаемых" (Ыоскза, 1985); республиканской конференции молодых ученых по проблемам разработки месторождений полезных ископаемых (Днепропетровск, 198-1); Ш всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых (Свердловск, 1986); всесоюзно научно-технической- конференции по проблемам развития Норильского, горно-металлургического комбината-(Норильск, 1988); на II Всесоюзной научно-технической,конференции "Состояние и перспективы применения мягких оболочек на подземных горных-работах" (Днепропетровск, 1991); НТС ПО "Торез-антрацит", "Павлоградуголь" (1978-1991).

Публикации» По тепе' диссертации опубликовано 78 работ, в том числе получено 20 авторских свидетельств на изобретение. Основное содержание диссертации отражено в 35 статьях и 19 изобретениях.

Структур» и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и Приложений. Она содержит 408 страниц машинописного текста, 91 рисунок и 12 таблиц.

Автор выражает гхубохую признательность чл.-корр. Академии горных наук Украины, д.т.н., проф. Усаченко Б.11. и д.т.н., проф. Баранову Е.Г. за консультации и постоянное внимание к работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБСЛН

Проблема обеспечения требуемой устойчивости горных выработок на протяжении всего периода их эксплуатации является одной же основополагающих при решении задач надежного функционирование угольник вахт.

С ростом глубины разработки пластовых месторождений усложняются горно-геологические условия сооружения выработок,выражающиеся в росте интенсивности проявлений горного давления, противостояло которым проста усилением крепи влечет резкое поныве-ние материальных и трудовых затрат. Поэтому в сложных горно-геологических условиях особенно актуальной становится задача управления состоянием вмещающего выработку породного массива, котора! несет в себе значительные резервы повышения эффективности проце< сов крепления и охраны горных выработок, так как позволяет добиваться необходимой устойчивости выработки малыми (по отношению к прочностным характеристикам вмещающего массива) воздействиями К настоящему времени накоплен достаточный практический опыт и разработан ряд способов и средств по управлению горным давление: такими ведущими в этой области организациями, как ИГШ АН Украи ны, ВШЫИ, ИГД СО РАН, ИГД им.А.А.Скочинского, ДрнУГИ, ВНИИОМШС ЫГИ, ДГИ, ЛГИ, Д[Ш и др.

Рассматривая развитие существующих методов прогноза проявлений горного давления сквозь призму их концепций определения деформационно-силовой характеристики массива можно выделить три подхода: порзый - на базе решения контактной задачи о напряжен-но-дефорилр.гаином состоянии вмещающего выработку породного мае

сива с учетом его веса в зоне неупругих деформаций; второй - решение контактной задачи без учета веса пород в зоне неупругих деформаций; третий - комбинированный - определение напряженно-деформированного состояния массива как невесомого с последующим учетом веса пород в зоне неупругих деформаций, который и получил наибольшее распространение в настоящее время в силу чрезвычайной сложности аналитического описания первого подхода и весьма ограниченной области корректного применения второго подхода.

Однако комбинированный подход, базирующийся на различного рода гипотезах и допущениях о размерах зоны потери устойчивости (обрушения), наделен вытекающими из этого существенными недостатками. Поэтому для повышения надежности прогнозирования нагрузки на крепь в комбинированном методе следует рассматривать процесс взаимодействия системы "массив-крепь" на основе апробированных методов теории устойчивости породных обнажений в предельной состоянии и не в традиционной двухпараметрической (в координатах нагрузка - смещение), а в трехпараметрической постановке, где третье измерение - есть периметр породного контура (крепи). При этом устанавливается взаимосвязь между размерами зоны обрушения, функцией распределения по периметру крепи нагрузки от веса пород зоны обрушения и функцией распределения реакции крепи по контуру выработки, что является основой для выбора рациональных режимов работы крепи и управления формированием нагрузки на крепь через ее деформационно-силовую характеристику.

Реализация этой идеи в конкретных конструкциях крепи дола-на базироваться на трех критериях, отраяаэщих основное условие - кшшыун затрат на крепление и поддержание горных выработок. Первый - пря разработке крепи горных выработок в ее конструкции следует закладывать условие использования (по возможности более полного) несущей способности самого приконтурного породного массива за счет его упрочнения. Второе - предпочтение необходимо отдавать конструкциям крепи более полно адаптирующихся к конкретный проявлениям горного давления, что наиболее эффективно достигается использованием в крепи элементов, которые управляют ее деформационно-силовой характеристикой. Третье - конструирование и расчет крепи непременно должен выполняться с использованием условия равнопрочности ее основных несущих элемен-

ТОВ. '

Изложенные выве положения обуславливают необходимость последовательного решения следующих задач.

1. Исследовать особенности деформирования приконтурного породного массива в зависимости от функции распределения реакции крепи по контуру выработки и создать комбинированный метод! прогноза проявлений горного давления, учитывающий вес пород в зоне неупругих деформаций и неравномерный характер распределения деформационно-силовой характеристики крепи по ее периметру

2. Разработать критерии выбора рациональных режимов взаимодействия системы "массив-крепь".

3. Создать методы расчета рациональных параметров основных типов крепи горных выработок с регулируемой деформационно-силовой характеристикой.

4. Разработать и внедрить высокоэффективные конструкции крепи горных выработок, адаптирующихся к характеру проявления горного давления, в оборудование для механизации процессов во: ведения крепи с применением твердеющих смесей.

Комплексное решение вопросов управления режимами взаимодействия системы "массив-крепь* нашло отражение в разработанной структурно-логической схеме нового подхода к созданию и расчету рациональных параметров высокоэффективных крепей горных В1фаботок, который включает составляющие (рис.1):

блок I - взаимосвязь мевду параметрами состояния породного массива и деформационно-силовой характеристикой крепи;

блок 2 - зависимость деформационно-силовой характеристики крепи от параметров ее конструкции;

блок 3 - критерии выбора рациональных реаимов взаимодействия крепи с породным массивом;

блок 4 - фукквдонально-стоимостной анализ и выбор рационального конструктивного исполнения крепи.

В структурно-логической схеме (см.рисЛ) введены следующие обозначения: Ги и Тик - векторные поля перемещений породного массива С1 и крепи ¿/^ в полярных координатах Р , в ; в) и - тензорные поля напряжений в породном массиве 6" и крепи ; и - функции распределения по периметру крепи (выработки) нагрузки на крепь (от веса породы зоны обрушения)

Структурно-логическая схема нового подхода к разработке и расчету крепей горных выработок

ИНФОРМАЦИЯ О Г0РИ0-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ П ГОРНО -ГПЕШЧЕСШ УСЛОВИЯХ СООРУЖЕНИЯ вьшожи

исследование взаимолеиспш порошш-го массива с крепью горных вышолшк

предварис-льныи вывор алыпернапмвных (пипов крепей горных выравошок

решение коодншм задач»

аИ?1|

РЕШЕНИЕ ЗАЛШ /С1ШЧ10.

ПРЕЛЕЛМ1ОГ0 СОСП-д ип-ВА

т

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРШШШ - ЛЕФОРМИРОВАИ-ного состояния крепи

I —

ЗДВПСПМОЕтй НАГРУЗКИ НА КРЕПЬ ОШ ЕЕ РЕАК-

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕШОРНОГО ПОЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КРЕПИ

Тик(г.в>^)[Мк(г.в). (ДОШГкйЛв)]

т

ОПРЕПЕЛЕНПЕ ШЕНЗООИОГО

поля ютошенип в крепи

Тбк(г,й)ф[Мк(г.9), (¡^(ЩГкбгДУм]

ОППММИЗАЦИЯ РЕШИМ» ВЗАИМОШСШВИа КРЕПИ С ГОР0Д.ЦЩМ МАССИВОМ

ктття иптшт.тттат ккт

ОШППМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕШРЫ вЗАИМОЛЕПст-впа сисгпемы "массив-крепь"

кришерий выбора мцпомалшм леформаци-

ошо -шиш ишгогаш теп

__

,к)Ьтт при ■КЦо(1.К)_

ттт олпшмпзации нот>дмнна-дЕ-формировмщого состояния КРЕПЯ

X

уравнение предельного СОШОЯМПЯ МАШЕРГАЛА КРЕПИ

Ф1[Тбк(Ы Мк(г.е)]=0

т

МАКСИМАЛЬНАЯ НЕСУЩАЯ ШСШОСШЬ КРЕПИ _[СкКлМпЧп — тах_

№«1

МШхквЩ] Ук^Фё[Мх(г,б),Гк(г.в)1

Гк(гг.в)-ф7[М(£г.в).Мк(г:.б)]

| У(г;в)'Ф1о[№.8).Мк(г.в)]

■-- -

♦шкционшно-стоимослгаои анализ рациональных конструкции крепей

сисшема рекомендации по ВЫИ») рациональных шшрукш1п крепей горных выршлшж

Ц(г.в)'Ф9[№б).Мк(£.б)1

Рис. I

и реакции крепи; - функция, характеризующая горно-

геологические и горно-технические условия сооружения выработки и включающая механические свойства вмещающего выработку массива, его струк^гуру, параметры начального поля напряжений, геометрию выработки и т.п.; О)- функция, характеризующая механические свойства материалов крепи; - геометрические параметры крепи; - параметры управляющих элементов крепи, под которыми подразумеваются различные по конструктивному исполнению элементы (узлы податливости, шарнира, деформационно-осадочные швы и слои, напрягающие стяжки, штанги и т.п.), оказывающие существенное влияние на деформационно-силовую характеристику крепи.

Для выбора рациональных режимов Взаимодействия крепи с породным массивом разработаны критерий минимальной нагруженности крепи и критерий снижения интенсивности поля напряжений в крепи.

Критерий минимальной нагруженности, крепи оперирует двумя факторами? первый определяет нагрузку на крепь и соответственно ее реакцию (^к) от деформирующегося , совместно с крепью разупрочняющегося породного массива (рис.2, а, поверхность I); второй характеризует нагрузку на крепь Р(1>к) от веса пород зоны обрушения (см.рис.2, а, поверхность 2). Оба фактора поддаются управлению: (¿.¿.(¿¿л)- за счет выбора рациональных конструктивных параметров крепи; - за счет изменения функции Обратнопропорциональная связь функций и Р(Ь1г) предопределяет минимальное их значение из условия

и соответствующий вектор перемещений контура выработки

а> <%Щ*> в)]. (2)

Деформационно-силовая характеристика крепи ,

описываемая поверхностью 3, должна проходить через линию пересечения поверхностей Iи 2 (см.рис.2,а) с параметрами (¿к.) и 71,с (¿¿) ,. что - трудное сущес твимо для реальных конструкций крепей. Поэтому целесообразно смягчить условия рассматриваемо-

го критерия не исказив его сущность

//& си - о)]} ;

при £ где Срг - функция, определяемая

при совместном решении уравнений первого блока (см. рис Л) относительно перемещения Ти(Ь/г) •

Основная идея критерия снижения интенсивности поля напряжений в крепи сводится к перераспределению поля Тбъ в направлении снижения концентраций наиболее опасных компонент напряжений и более равномерного их распределения. В соответствии с выбранным (применительно к конкретному материалу крепи), уравнением предельного состояния составляется условие прочности материала крепи, которое можно преобразовать и представить в виде поверхности в координатах Ок , £ . 0 где величина несущей способности крепи является -интегральной суммой по периметру нагрузки [¿,с) на крепь. Минимум функ-

Рис.2. Принципиальные схемы к обоснованию критерия минимальной на- -груженности крепи: а) схема -взаимодействия системы "массив-крепь*;.- б) схема выбора рациональной деформационно-силовой характеристики крепи

определяет точку с наиболее опасной концентрацией напряжений в материале крепи, а само значение минимума характеризует ее несущую способность. Изменяя параметры управляющих элементов получаем семейство поверхностей ^(у, со своим значением главного минимума &)]т'<.п и координатами его расположения. При этом рациональными значениями параметров управляющих элементов будут такие, при которых главный минимум функции 6) стремится к своему максимально возможному значению

■ Ш*>0)]„(п (4)

Критерий ( 4 ) можно рассматривать как условие вырождения поверхности О) в плоскость, параллельную плоскости координат , О и для математической реализации этого критерия сформулировано условие

[& % УтШ Ф' ^ ' , ( & )

где индекс £■ характеризует координаты точек тиншужог фуккц>ш 6^0).

Имея аналитическое выражение для функции по ус-

ловию ( 5 ) составляется система уравнений, решение которой дает значение максимальной реакции крепи (несущей способности) и соответствующие этой величине силовые параметры управляющих элементов.

Решение системы уравнений блоков 1-3 дает рациональные значения параметров управляющих элементов для обеспечения требуемого рветша взаимодействия крепя с породным иассивоы.

Практическая реализация разработанного подхода основана на комплексном реЕвша двух групп задач: создание комбинированного метода прогноза правлений горного давления и определение дефор-ыационно-силовых характеристик основных типов крепей, связанных ыеззду собой критершши выбора рациональных режимов взаимодействия системы "массив-крепь".

Первая составляющая комбинированного метода прогноза проявлений горного давления включает известные решения контактных задач, наиболее адекватно отражающих конкретную горно-геологиче-

сяуэ с'щушадэ сооружения выработка. Вторая составлявшая катода прогноза, исследущая вопросы устойчивости предельного состояния Екецаяцвго вцработяу породного массива и определявшая тем сажу уравнения связи параметров зоны обрупешщ (и сависл-щуа от нее нагрузку на крепь) с величиной реакции креп:!, резана на основа шроко апробированного приближенного метода о цен-пи устойчивости породных обнажений путем построения сетки лгашй скольгеш-л в приконтурнон пассиве. Эта задача разбивается на три этапа: первый - определенно поля напрязенай в породном лас-с::во от дейстзая произвольно распределенной по' ко::туру выработки реодцан крепа; второй - расчзт параметров зоны обручения з гавяспгостя от реакция крапп; третий - определение функции распределения нагрузки на нрапь (от ззеса пород-зоны обрусения) по ез парпкатру.

Пря ретения вадата второго этапа геоазтрая контура ¿а ап-проЕсяяцрозана трагонокеирзческац рядом

( б )

^ = ¿7 (а„ *т П 6« СЫ'П <9),

а п-о

пропээояьнке козффацяеаты и в котором опрэдеяяэтея по езллчйкз тая иазызаемго яоэффащеита устойчивости .

ъ г лор.

М1>0.

( 7 )

гдэ и Мсо ~ моменты от дейстсяя а едзи-

ГЗГДГОС СГ!Л по контуру^,,,

[£•„<?.(&)£(ио)е!ив > )

I I

( 8 )

здесь и - ЭДвргяващзе и сдватагчав каса-

таякш^йзцрягенпя по поверхности контура ¿е \ &(Ае) - ра-4 диус прав¿£зы контура ¿0 . Согласно крпторяя ( 7 ) кривая с

Г ж

арзате^язует

контур обрушения.

Третий этап - определение нагрузки на крепь - выполняется следующим образом. Если провести семейство линий скольгешя от контура ¿о к контуру выработки, то дяя ш коэффициент устойчивости /¿у будет кзньшз единицы и для предотвращения сдвигания породы по линиям необходимо приложить на I -том участке контура выработки некоторое усилие /? , велнчша которого определяется из условия, что в I по рассматриваемой линии скольаения. Затем полученное кусочно-линейное распределение нагрузки аппроксимируется рядом с необходимой точностью

Р(0) =Е(к* е), (9)

где Лл и ^уг - коэффициенты аппроксимации.

По излоЕекной методике поведены расчеты контура (ф.) и нагрузки на крепь для выработки круглого попераодого

сечения, которые показали, что область существенного (более 10%) влияния реакции крепи ^ на изменение нагрузки ограни-

чивается, с одной стороны, усредненной по периметру величиной реакции крепи ^ 500 кПа и, с другой стороны, остаточной прочностью пород в зоне разрушения (э^Г 0,05. ,

При выполнении расчетов с точностью до 5-10% ш ограннчи-лись для ряда ( б ) четырьмя, а для ряда { 9 ) тремя чяенгши. Реакция крепи задана в виде

^ (&)= (10)

при изменении входящих параметров в пределах 0 ^ ¿г ьиО кПа, 0 $ С^ & I, - I ^ ^ ¿: I; радиус зоны разрутанмя варьировался от 2 до 20 радиусов выработки с^ .

Результаты расчетов и последующая юс обработка на основе методов корреляционно-дисперсионного анализа дала следующие . уравнения: контур зоны обрушения

4 - Л^ЧЦА/- 0095$. '(м^б^-аббСЩ; ,(п)

+ а Ш ¿М^0'е°1; -= - (Щ а 0ОО2

нагрузка на крзпь ,

Г - О, 7 хр/- 0,12$[о, 015 +О, ОУсС^ /

> ( 12 )

В соотношениях ( II ) к ( 12 ) параметр измеряется в кПа, а коэффициенты ¿2/ , ¿2г , ■ $0 н . - в долях радиу-

са выработки ^ .

На ряс.З приведены заваспгости (ф Я Р(ф) ДЛЯ Ър а 6 и "2 а. При ^ я 0 яшпур зоны обрупэн:!л аналогичен линии скольаения в задаче устойчиво ста откоса, с увеличением £><> контур 1л„ запыхается внутрл зоны разрупензл . Из рис.3

видно, что контур зоны обручения ив п нагрузка на крзпь Р(9) существенный образом зависит от со реакции , что дает воз-

ыозность управлять решшакя взатаодзйствия системы "нассиз-крепьп. Для этого зависгшость • получаемуп при рспонкн

контактной задача, аппроксимируем уразкешиш

( 13 )

где ^ , у^, , ¡{г — коэффициенты аппроксимации, которые подбираются в соответствии с используешь решением контактной задачи; ^¡^ - средняя (до периметру) реакция крепи, используемая при реаённи подавляэщего большинства контактных задач.

Рпс.З. Заввсшость расгоров зоны обручения и нагрузки isa

крапь Pf&J от paaaipsj крепи Çfe) : I - Ç, « 0; Z -« 100 Kl'la; 3 - Ç, m £00 кПа;

4 - 500 сПа;— а' jS/ » 0; —--» I

-----g/,

о. А

« i

¡a- «»

Л" 0;

В соответствии с критерием шнакаль-ной нагруЕекиостп крепи ( Î ) составлено условие выбора рациональных pcssíOB взаа-щцействня системы "шссив-гфопь"

( 14 )

выполнение которого на основе совестного рз-ссния уравнений ( 12 ) и ( 13 ) и послодусца-го установления корреляционных связей параметров q0, cC¿ , д, с коэффициенты^ • Л^, (в интерва-

ле изменения посяедшх О ¿ К i 0,5,

о j£¡ ¿. io~s, 0 ¿ къ 4 I >

позволило установить рйццоиавьнув фукхцкэ распределения реакции крапа по ое. пзргзззтру '

f{0 '

ЛР0 = ¿O % (¿Ç. 9ЬооКлИ3 >

cCf* D,65-Q06exp(~¿5K¿h

0,62 (-¿oX,,)-teo-loKjKi.

р

Рациональной реакции ^ ( &) соответствует рациональный радиус зоны разрушения и связанная с ним по решению контактной задачи величина смещения породного контура.

Из системы ( 15 ) следует, что рациональный характер распределения реакции крепи в достаточной степени постоянен, о чем можно судить по величине отношения : в кровле вы-

работки ( 6 ~ 90°) оно составляет 1,62+1,65; в боках ( О = 0°) - 0,684-0,77 и в почве ( О = -90°) - 0,35+0,38 в исследованной области изменения С?о до ¿0 радиусов выработки ^ .

Надежность полученных математических моделей по уравнениям ( II), С 12 ) и I 15 ) и адекватность их исходным данным подтверждается результатами корреляционно-дисперсионного анализа с вероятностью 95$.

Изложенные представления о взаимодействии системы "массив-крепь" и их аналитическое описание проили экспериментальную проверку на моделях из эквивалентных материалов в лаборатории ДонУГИ.

Для исследований была использована плоская модель шириной 0,2 и на стевде 2,8 х 1,7 и, где были размещены три выработки круглого поперечного сечения диаметром 10 см с моделями крепи, имеющими существенно различную деформационно-силовую характеристику (замер смещений в модели осуществлялся зеркальными тензометрами).

Результаты исследований позволили установить ( рис.4 ), что наиболее активно реакция крзпн влияет на изменение размеров зон нарушения оплошности в боках и почве выработки в меньшей степени - а кровле. Наблюдается ярко выраженная асимметрия формы семейства зон наругзния сплошности по вертикальной оси, что указывает на существенное влияние фактора веса пород в области кеупругих деформаций. В целом результаты моделирования указывает на их качественное соответствие с основными выводами и ре-кокёцдацаяни разработанного аналитического метода, что позволяет применять его (в сочетании с наиболее подходящей для кон-кратной горно-геологической ситуации контактной задачей) для прогнозирования проявлений горного давления.

Базируясь на основных принципах разработанного подхода была создала группа методов расчета деформационно-силовой характеристики наиболее пшроко применяемых типов крепей горных выработок (иоиолнтные - бетонная, набрызг-бетонная, металлобетон-

Рис.4. Характерное семейство зон нарушения сплошности массива вокруг выработки: преобладающая реакция

крепи в боках ( -- ),

кровле (----) и равномерная (-------) по периметру

крепи. <

распределения модуля деформации £ (О) деке / определяет номер слоя монолитной крепи). Поэтому изменяя функцию £*{£) можно достичь рациональной деформационно-силовой характеристики монолитной крепи, что осуществлено следующим образом. Реализация критерия равнопрочности крепи С 5 ) в практическом приложении означает, что отношения максимумов тангенциальной компоненты (которая является основной при прочностных расчетах, т.к. на один-два порядка

ная, крепь с тампонажем закрепного пространства; рамная; рамно-штанговая; штанговая).

Задача для монолитной крепи решена при введении условия анизотропии механических свойств слоев по тангенциальной координате @ (периметру крепи). Причем функция изменения механических свойств по координате $ служит в качестве управляющего элемента при выборе рациональной деформационно-силовой характеристики крепи.

Анализ полученного решения на основе метода многих масштабов указывает на существенную связь компонент напряжений с функцией по периметру крепи (ин-

восходит остальные компоненты Для реальных геометрических параметров крепей) к величине сопротивления сжатии (@тах) в точках расположения соответствующих максимумов должно быть одинаково для всех слоев крепи, т.е.

= соплри < К )

Для выполнения условия (16) определены три группы функций: первая - зависимости величины максимумов (6д)тах от функции распределения модуля деформации £^(В) ; вторая - связь координат расположения максимумов с функцией £Н О) ; третья - зависимости сопротивления материала слоя сжатию от.модуля деформации, которые определены на основе лабораторных испытаний механических свойств отвердевшей смеси для различных типов вяжущего. Совместное решение этих уравнений определяет рациональные функции изменения модуля деформации по периметру крепи.

Разработанный метод позволил непосредственно рассчитать рациональные составы твердеющих смесей (на основе портландцемент-Н9Г0 и фосфогипсового вязнущих) для'возведения монолитных крепей (однр-, двух- и трехслойных) горных выработок.

В основу метода выбора рациональной деформационно-силовой характеристики рамных крепей положено условие снижения интенсивности поля напряжений в ее материале путем введения различных по конструктивному исполнению управляющих элементов (штанги, напрягающие стяжки, узлы податливости, шарниры и т.п.), воздействие которых на крепь сглаживает имеющиеся концентрации напряжений и более равномерно загружает ее материал.

• Для типовых сечений выработок и соответствующих им геометрических параметров крепей удовлетворение критерию ( 5 ) с точностью до 2-3 % можно провести, принимая во внимание действие только изгибающего момента

М , принцип снижения максимумов которого основан на том, что максимумы разных знаков имеют

противоположные зависимости от параметров управляющих элементов. Такая ситуация предопределяет существование минимального значе-' ния Максимумов изгибающего момента, которое имеет место при равенстве друг другу по абсолютной величине максимумов изгибающего

момента во всех возможных точках /Z его появления, т.е. мы при ходим к критерию

\HL\-\MUi I при = I, 2, 3,.,.,/Z. ( 17 )

lio критерию ( 17 ) проведено снижение максимумов изгибающего момента в рамно-штанговой крепи для общепринятой в строительной механике схемы расчета рамы как один раз статически неопределимой системы. В результате получены выражения по определению рациональных параметров установки штанг (высота установки и требуемое усилие ее воздействия на раму) в зависимости от функции распределения нагрузки на крепь и ее геометрических параметров и даны рекомендации по выбору конструктивных схем рамно-штанго-вой крепи и области их эффективного использования.

Шахтные испытания рамно-штанговой крепи, установленной в выемочных штреках, дали положительный результат: сближение кровли и почвы уменьшилось в среднем в 1,5 раза, а максимальные скорости сближения - в 1,8 раза.

Упрочненный штанговой крепью приконтурный породный массив можно рассматривать как грузонесущую конструкцию, в которой элементами, управляющими ее деформационно-силовой характеристикой, являются сами штанги.

На основе существующих и выполненных автором исследований разработана общая модель механизма деформирования системы "беззамковая штанга-порода" (как в период установки штанги, так и последующей ее работы), которая является базой для построения расчетных схем и методов выбора рациональных параметров беззамковой (т.е. закрепляемой-по всей длине шпура) штанговой крепи. Выделены четыре последовательных режима взаимодействия штанги с породными стенками шпура.

Для исследования напряженно-деформированного состояния системы "беззакговая штанга-порода" построена обобщенная расчетная схема в виде трехслойного цилиндра, которая учитывает конструктивные особеяетстн основных типов беззамковых штанг (железобетон ные, полимерные, сталеполимерные, трубчатые и т.п.).

Поставмош! задача решена с использованием метода последовательных пршближений Шварца. Анализ решения позволил установить что наступление предельного состояния (разрушение контакта) в опасных точках может произойти как от действия касательных нал-

ряжений , так и от действия осевых растягивающих напряжений в породных стенках шпура< Последний момент в существующих методиках, как правило, не учитывается (из-за одномерной или двухмерной постановки задачи) и расчет прочности закрепления беззамковой штанги традиционно производится только по касательным напряжениям ¿Г^ , совершенно не принимая во внимание растягивающие осевые напряжения &% , которые нередко превышают. и которым порода и закрепляющий слой сопротивляются в меньшей степени.

На основе условия равнопрочности получены выражения по расчету рациональной деформационно-силовой характеристики штанги и длины ее рабочего участка.

Проведенный комплекс экспериментальных исследований (тензо-метрические исследования, определение несущей способности и деформационно-силовых характеристик различных конструкций штанг)в лабораторных и шахтных условиях подтвердил основные закономерности взаимодействия беззамковых штанг с породными стенками шпура и позволил скорректировать метод расчета их рациональных параметров.

Практическая реализация изложенных исследований осуществлена по двум направлениям - разработка новых конструкций монолитных, рамных и раыно-штанговых крепей и создание средств механизации возведения крепей и охранных элементов горных выработок с применением твердеющие смесей.

В новых конструкциях монолитных крепей заложена идея регулирования дефориационко-силовой характеристики путем изменения механических и геометрических.параметров управляющих элементов, з качестве которых слулат шарнйрно-податливые узлы и деформа-шокзю-осадочиые швы в двухслойной крепи и податливый слой со штангами в трехслойной крепи.

Достижение требуеиых деформационно-силовы* характеристик рамных и ракно-птанговых крепей осуществлено посредством введения в их конструкции управляющих элементов (стопорные опорные плиты, штанги со стяжками) и выбора их рациональных параметров в соответствии с характером проявлений горного давления.

Для механизации процессов возведения крепей и охранных элементов с применением твердеющих смесей разработан комплекс вспомогательного оборудования процессов торкретирования, обеспечива-

нций повышение прочностных свойств возводимых набрызг-бетонных сооружений.за счет качественного затворения вяжущего и оперативного управления составом твердещей смеси. Созданы новые пневмобаланные опалубки для крепления вывалов в горных выработках путем возведения двухслойных оболочек из твердеющей смеси и упрочненных нарушенных пород, а также разработаны конструктивно' технологические схемы возведения охранных элементов горных выработок с применением твердеющих смесей,; позволяющие повышать прочностные свойства искусственных сооружений за счет достижения рациональных составов твердеющих смесей и эффективных способов их укладки.

Научно-технические принципы управления режимами взаимодействия системы "массив-крепь" сводятся к следующему.

1. Формирование минимальной нагрузки на крепь обеспечивает ся при максимальном соответствии друг другу по критерию ( 3 ) трех функций, характеризующих геомеханические параметры взаимодействия системы "массив-крепь": распределение по поверхности контакта усилий от деформирующегося совместно с крепью разупроч няющегося породного массива; распределение нагрузки от веса пород зоны обрушения; распределение реакции крепи по контуру вырг ботки.

2. Рациональный режим взаимодействия системы "массив-креш достигается выбором деформационно-силовой характеристики крепи со следующими параметрами: функция распределения реакции крепи по контуру выработки задается по выражению ( 15 ); смещение (п< датливость) крепи определяется для заданной функции распределения ее реакции из. решения используемой контактной задачи для конкретных горно-геологических и горно-технических условий сооружения выработки.

3. Обеспечение требуемой деформационно-силовой характеристики крепи (с учетом условия ее равнопрочности) осуществляется путем выбора рациональных параметров силовых воздействий и деформационных характеристик управляющих элементов по критерию ( или для рамных и рамно-штанговых крепей - по более«упрощенному критерию (17).

4. Область целесообразного применения разработанных новых конструкций крепей с регулируемой деформационно-силовой характеристикой приведена в табл.1.

Таблица I

Тип крепи Показатель АЛ

бок

I. Рамная податливая крепь из спец- 0,35 т 0,55

профиля СВП (КШС2)

2. Рамно-штанговые податливые крепи 0,40 т 0,70

3. Податливая рамная креш из дву-

тавра 0,50 т 0,90

4. Металлобетонная крепь с рамаяи

из двутавра 0,60 т 1,20

5. Рамная крепь СВП с тампонажом

закрепного пространства 0,60 т 1,20

6. Трехслойная податливая набрызг-

бетонная крепь 0,35 "Г 0,80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-исследовательской работой, дано теоретическое обобщение и новое решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, и заключающейся в разработке методов управления режимами взаимодействия системы "массив-крепь" для создания и расчета высокоэффективных конструкций крепи с регулируемой деформационно-силовой характеристикой, обеспечивающей необходимую устойчивость подземных выработок для надежного и экономичного функционирования горных предприятий.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Разработаны основные принципы создания и выбора рациональных параметров крепей с регулируемой деформационно-силовой характеристикой на основе нового подхода, объединяющего посредством критериев достижения рациональных режимов взаимодействия системы "массив-крепь" методы прогноза проявлений горного давления и расчета деформационно-силовой характеристики крепи.

2. Создан новый комбинированный метод прогноза проявлений горного давления, сочетающий решение контактной задачи о взаимо-

действии породного массива с крепью горной -выработки и оценку устойчивости предельного состояния прикрнтурного массива, отличающийся от известных методов учетом'влияния неравномерного характера распределения реакции крепи на форму и размеры зоны обрушения.

3. Предложены новые критерии'достижения рациональных режимов взаимодействия системы "массив-крепь":, критерий минимальной нагруженности крепи предполагает рассмотрение процесса взаимодействия элементов системы в трехпараметрической постановке, где третьим параметром является периметр крепи, горной выработки; критерий равнопрочное™ крепи формулирует условия снижения интенсивности поля напряжений в ее материале с помощью управляющих элементов.

4. Получены новые уравнения связи размеров зоны обрушения и нагрузки на крепь с функцией распределения реакции крепи по контуру выработки; эти зависимости совместно с критерием минимальной нагруженности крепи позволяют определить рациональные режимы взаимодействия системы "массив-крепь". При этом установлено, 'что вид функщи распределения минимальной нагрузки на крепь по ее периметру отличается достаточным постоянством и в. малой степени зависит.от используемого в комбинированном подходе решения контактной задачи и характеризуется следующими параметрами: отношение нагрузки в боках и почве выработки по отношению к нагрузке в кровле составляет 0,40 * 0,45 и 0,15 * 0,20 соответственно.

5. На базе исследований напряженно-деформированного состояния монолитной многослойной крепи с.анизотропией механических характеристик в плоскости ее поперечного сечения и критерия равнопрочности крепи разработан метод определения рациональных функций распределения .механических характеристик материалов слоев крепи по ее .периметру, позволяющий непосредственно выбирать рациональные составы твердеющих смесей для возведения монолитных крепей в конкретных горно-геологических условиях

6. Метод ,расчета напряженно-деформированного состояния сис темы "беззамковая штанга-порода" позволил установить связь поля напряжений в системе с ее геометрическими и механическими параметрами. При этом показано, что нарушение контакта штанги

с породными стенками шпура может быть вызвано действием как ка-

сательных напряжений по поверхности контакта, так и осевых растягивающих напряжений в породных стенках шпура, что не учитывалось ранее из-за отсутствия трехмерной постановки задачи. Анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований позволил разработать метод расчета основных, параметров беззамковой штанговой крепи.

7. Оценены -условия применения штанг совместно с рамной крепью "и выявлена область рационального использования рамно-штанговой крепи в капитальных и подготовительных выработках.

На основе исследования работы рамно-штанговой крепи при различных видах нагружения с использованием критерия равнопрочности крепи разработан метод расчета рациональных параметров установки штанг для наиболее широко применяемых в Донбассе типоразме-рЬв рамной крепи.

8. Разработаны новые конструкции рамных, рамно-штанговых

и монолитных крепей, обеспечивающих повышение устойчивости горных выработок в сложных горно-геологических условиях. Это достигается за счет введения в конструкции крепей управляющих элементов (штанги, опорные плиты со стопорными стенками, шарнирно-по'датливые узлы, деформационно-осадочные швы и т.п.), позволяющих управлять режимом работы крепи в соответствии с характером проявления горного давления.

•9. Разработаны новые конструкции средств механизации процессов возведения, крепей и охранных элементов горных выработок с применением твердеющих смесей, позволяющие добиваться повышения прочностных свойств материала отвердевшей смеси и увеличения, тем самым, несущей способности возводимых сооружений.

Результаты диссертационной работы внедрены в типовые материалы для проектирования,- нормативно-техническую документацию строительства и реконструкции шахт Донбасса с годовым экономическим эффектом 1960 тыс.руб. Эксплуатация выработок, закрепленных новыми конструкциями крепей в ПО "Торезантрацит" и "Павлоградуголь" позволила получить реальный экономический эффект в размере 184 тыс.руб. (в ценах 1990 г.).

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Симанович Г.А. Расчет силового взаимодействия трубчатой штанговой крепи с породныкя стсах22И пцура // Добыча угля

подземным способом. - М.: ЦНШЭИуголь, 1977. - № II. - С.45.

.2.' Симанович Г.А. Определение давления на трубчатую штанговую крепь // Изв.вузов. Горный журнал. - 1978. - 1° 2. С.46-49.

3. Симанович Г.А. Расчет взаимодействия системы штанга-порода при взрывном нагружении // Изв.вузов. Горный журнал. -1979. - № 5. - С.19-23.

4. Симанович Г.А. Определение объемного напряженного состояния трубчатой штанговой крепи // Изв.вузов. Горный журнал.. -1979..- № II. - С.21-25.

5. Симанович Г.А. Расчет несущей способности трубчатой штанги гладкостенной формы // Изв.вузов. Горный журнал. - 1981. - № 7. - С.22-25.

6. Симанович Г.А. Изменение несущей споссбности трубчатой штанги во времени // Изв.вузов. Горный журнал. - 1982. - № I.- С.35-38.

7. Симанович Г.А. Определение напряженного состояния трубчатой штанги при ее совместном деформировании с породным массивом // Изв.вузов. Горный журнал. - 1982. - № 3. - С.29-33.

8. Симанович Г.А. Упрочнение пород бермы выемочных штреков штанговой крепью // Тезисы докладов 1У республиканской конференции по проблемам разработки угольных месторождений. - Донецк: Радянська Донеччина, 1984. - С.171-172.

9. Симанович Г.А. Оптимизация параметров комбинированной крепи горных выработок // Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев. - Кохтла-Ярве: Каэвур, 1984. - С.20-21.

10. Симанович Г.А. Расчет комбинированной крепи при тампо-. наже закрепного пространства горных выработок // Физико-технические проблемы разработки и обогащения твердых полезных ископаемых. - М.: ИГ1К0Н, 1986. - С.68-69.

11. Симанович Г.А. Оптимизация параметров рамно-анкерной крепи горных выработок // Тезисы докладов Ш всесоюзной конференции по проблемам разработки месторождений полезных ископаемых. - Свердловск: Изд-во ИГД МЧМ СССР, 1986. - С.100-101.

12. Симанович Г.А. О прочности тампонажного раствора в закрепном пространстве горных выработок // Шахтное строительство. - 1987. - № 2. - С.Ю-13.

13. Симанович.Г.А. Исследование динамического деформирования системы штанга-порода в упруго-пластическом породном мае-

сиве // Изв.-^ов. Горный журнал. - 1987. - №5. - С.35-39.

14. Симанович Г.А. Исследование механизма взаимодействия трубчатой-штанги с породным массивом // Изв.вузов. Горный журнал. - 1987..-,№ 8. - С.23-26.

15. Симанович Г.А. Деформирование металлического цилиндра в породном массиве в условиях динамического нагружения // ФИ1РПИ. - 1988.'- № I. - С.10-14.

'16. Симанович Г.А. Расчет несущей способности трехслойной крепи горизонтальных горных выработок // Изв.вузов. Горный журнал. - 1988. - № 12. - С.23-25.

* »

17. Симанович Г.А. Расчет параметров трубчатой штанги с расширяющимся при твердении заполнителем // Изв.вузов. Горный журнал. - 1989. - № 2 - С.45-48.

18. Симанович Г.А. Критерий и метод расчета параметров заряда для закрепления трубчатых'штанг // Изв.вузов. Горный журнал. - 1989. - № 4. - С.37-39.

19. Симанович Г.А. Расчет параметров шарнирно-податливых элементов металло-бетонной крепи горных выработок // Изв.вузов. Горный журнал. - 1989. - № 6. - С.27-31.

20. Симанович Г.А'. К теории расчета многослойных крепей горных выработок // Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев. - Кохтла-Ярве: Каэвур, 1989. - С.51.

21. Симанович Г.А., йшанович И.А. Метод снижения напряженного состояния материала рамной крепи и оптимизация ее параметров // Изв.вузов. Горный журнал. - 1989. - № 7. - С.32-35.

22. Симанович Г.А. Разработка комбинированной крепи, повышенной несущей способности // Пути улучшения состояния горных выработок. - М.: Изд-во ИГД им.А.А.Скооднского, 1989. - С.20-21.

23. Симанович Г.А. О взаимодействии несущих элементов ме-талло-бетонной крепи горных выработок // Шахтное строительство. - 1989. -№ 12. -С.18-20.

24. Симанович Г.А. Новый способ изготовления опорных плит из отходов спецпрофиля для рамной крепи // Уголь Украины. -1990. - № 2. - С.26.,

25. Симанович Г.А. Способ снижения материалоемкости метал-ло-бетонной крепи горных выработок // Шахтное строительство. -1990. - № 10. - С.23-25.

26. Симанович Г..А., Старушенко Г.А., Кухарь В.Ю. Расчет напряженного состояния крепей цилиндрической формы при осевом нагружении // Изв.вузов. Горный журнал. - 1990. № -10. - С.29-33.

27. Симанович Г.А. Метод исследования устойчивости предельного состояния породного массива вокруг горной выработки / Днепропетровский горный ин-т. - Днепропетровск, 1991. - 14 с. -Деп. в УкрНИИНТИ 08.01.91, № 90 - Ук 91.

28. Симанович Г.А., Старушенко Г.А. Расчет напряженного состояния вмещающего выработку породного массива от действия произвольной реакции крепи / Днепропетровский горный ин-т. -Днепропетровск, 1991. - 10 с. - Деп. в УкрНИИНТИ 08.01.91,

№ 91 - Ук 91.

29. Симанович Г.А. Разработка принципов системного подхода к проектированию и расчету крепей горных выработок / Днепропетровский горный ин-т. - Днепропетровск, 199I. - 20 с. - Деп. в УкрНИИНТИ 28.01.91, № 166 - Ук 91.

30. Симанович Г.А. Разработка способа крепления пустот за крепью горных выработок и устройства для его осуществления // Состояние и перспективы применения мягких оболочек на подземных горных работах. - Днепропетровск: ДГИ, 1991. - С.51-52.

31. Симанович Г.А. Разработка передвижной крепи-опалубки// Состояние и перспективы применения мягких оболочек на подземных горных работах. - Днепропетровск: ДГИ, 1991. - С.52-53.

32. Симанович Г.А. Критерий равнопрочности и оптимизация параметров монолитной анизотропной крепи горных выработок / Днепропетровский горный ин-т. - Днепропетровск, 1991. - 22 с. - Деп. в УкрНИИНТИ 7.09.91, № 1235 - Ук 91.

33. Симанович Г.А., Старушенко Г.А., Ковалевская И.А. Определение напряженно-деформированного состояния анизотропной монолитной крепи / Днепропетровский горный ин-т. - Днепропетровск, 1991. - 23, с. - Деп. в УкрНИИНТИ 7.09.91, № 1236 -Ук 91. '

34. Симанович Г.А. Оптимизация параметров конфузорной перфорированной насадки для набрызг-бетонирования / Днепропетровский-горный ин-т. - Днепропетровск, 1991. - 29 с. - Деп. в УкрНИИНТИ 7.09.91, №1237 - Ук 91.

35. Симанович Г.А., Фрадкин Э.И. Твердеющие смеси на основе фосфогипсового вяжущего для крепления и охраны горных

выработок // Подземное и шахтное строительство. - 1991. -№ 10. -С.23-25.

36. A.c. 926305 СССР. Крепь сопряжения выемочных штреков / Г.А.Симанович(СССР). Опубл.. в Б.И., 1982. - № 17.

37. A.c. 962639 СССР. Насадка к прибору для контроля анкерной крепи / Е.Г.Баранов, Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1982, - № 36.

38. A.c. II53072 СССР. Способ крепления пустот за крепью горных выработок и устройство для его осуществления / А.М.Симанович, Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1985. - № 16.

39. A.c. II99933 СССР. Способ охраны монтажной ниши нижнего горизонта при отработке крутых пластов щитовыми агрегатами / И.М.Симанович, Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1985. -

45 47.

40. A.c. 1209885 СССР. Крепь горных выработок / А.М.Сима-10вич, Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ,' 1986. - № 5.

41. A.c. I2I4934 СССР. Крепь капитальных горных выработок /Г.А.Симанович, А.М.Симанович, С.В.Зиньковский (СССР). -)публ. в БИ, 1986. - № 8.

42. A.c. I2I6356 СССР. Крепь сопряжения выемочных штреков / \А.Симанович, А.М.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1986. - № 9.

43. A.c. I23466& СССР. Секционная крепь - опалубка / иМ.Симанович, М.А.Сребный, В.Н.Недолужко, Г.А.Симанович (СССР). )публ. в БИ, 1986. - № 20.

44. A.c. I24092I СССР. Передвижная крепь-опалубка / Г.А.Си-шнович, А.М.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1986. - № 24.

45. A.c. 1244329 СССР. Устройство для затворения вяжущего

i обеспыливания воздуха при набрызг-бетонировании / Г.А.Симано-1ич, А.М.Симанович (СССР).. - Опубл. в БИ, 1986. - № 26.

46. A.c. 1265380 СССР. Передвижная пьшеподавляющая опалуб-:а для-возведения искусственного целика / Г.А.Симанович, А.М.Си-шович (СССР). - Опубл. в БИ, 1986. - № 39.

47.-A.c. I30I979 СССР. Крепь горных выработок из набрызг-етона / Г.А.Симанович, И.А.Симанович (СССР).1- Опубл. в БИ, 987. - » 13. ,

48» A.c. I30578I СССР. ^Устройство для крепления пустот за репью горных выработок,/ Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 987. - № 15.

49. A.c. 1337523 СССР. Крепь капитальных горных выработок / Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1987'. - № 34. ,

50. A.c. 1348524 СССР. Устройство для•крепления пустот за крепью горных вьдэаботок / Г.А.Симанович, А.М.Симанович, С.В.Зиньковский (СССР). - Опубл. в БИ, 1987. - № 40.

51. A.c.. I36284I СССР. Опорная плита для крепи из спецпрофиля / Г.А.Симанович (СССР). -Опубл. в БИ, 1987. - # 48.'

52. A.c. 1435790 СССР. Способ изготовления опорных плит крепи из спецпрофиля / Г.А.Симанович (СССР). - Опубл. в БИ, 1988. - № 41.

53. A.c. I467I68 СССР. Крепь капитальных горных выработок / Г.А.Симанович, А.М.Симанович, С.В.Зиньковский (СССР). -Опубл. в БИ, 1989. - № II.

54. A.c. 1474269 СССР.' Устройство для затворения вяжущего и обеспыливания воздуха при набрызг-бетонированшг/ Е.Г.Баранов, Г.А.Симанович, Э.И.Фрадкин, А.М.Симанович (СССР). -Опубл. в БИ, 1989. - № 15.

Подписано к печати 09. 02. 1993г. Усл. печ. листов2,25-Тираж .110. Зак. 143 Рогапринг ДГШ, Миронова, 15.