Помощничек
Главная | Обратная связь

...

Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Теория горного давления



Для расчета величины горного давления на крепь М. М. Прото­дьяконов пользуется известной формулой активного давления грунта [76]:

шин
Фиг. 78. Эскиз, поясняющий давление со стороны почвы.

^Ttftg*—(1,80)

где Я—глубина ствола шахты, а «р = arc tg/. Коэфициент крепости/ определяется как среднее взвешенное коэфициентов крепости пере­секаемых стволом слоев пород. Аналогично определяется и объемный вес.

Принятие средневзвешенных значений 7 и ер сглаживает различия в физико-механических свойствах пересекаемых пород и обычно при­водит к преувеличенным значениям вычисляемого давления.

Из (1,80) следует, что давление иа крепь увеличивается пропор­ционально глубине ствола шахты. Этот вывод справедлив только для случая, когда ствол шахты проводится в одной и той же породе. В более же общем случае, когда пересекается несколько слоев пород, этот вывод наблюдениями не подтверждается. Последние показывают, что величина горного давления в данном месте ствола шахты зависит главным образом от физико-механических свойств той именно породы, которая в данном месте залегает. Поэтому, например, давление на крепь неглубоко от поверхности может в несколько раз превышать давление на большей глубине.

Фиг. 79. Эскиз к определению горного давления в вертикальной выработке.

 

В связи с указанным, автор настоящей работы в 1933 г. [84] предложил определять горное давление на крепь ствола шахты, ис­пользуя следующую схему (фиг. 79): на некотором участке ствола шахты kit высотою hn (равной мощности слоя породы с объемным весом у„ и углом трения <рл) на крепь оказывает действие активное давление сползающей призмы ktia, равномерно нагруженной сверху весом вышерасположенных пород. Таким образом, давление на верти­кальную единичную площадку будет:


 

 


■fn
In

90°

tg2 —,


 

 


ш "М "I tig »1ЯГ

Построенная на основе этой формулы эпюра единичных давлений является трапецией. Аналогично могут быть получены трапеции и для всех остальных слоев, за исключением верхнего, для которого эпюрой давлений будет треугольник. В результате получается отчет­ливая картина распределения горного давления по всей глубине ствола.


Для расчетных целей автором1 даны для разных пород чисЛбЦые значения коэфициента tga 90 ~ 9 , помещенные в табл. 33.

Таблица 33

  Характеристики породы Значения коэфициента горизонтального распора
Породы прочность на сжатие кг/см* пористость % угол внут­реннего трения от — до среднее
I Плывучие . . . _ 0°—18° 1,000—0,638 0,757
И Сыпучие . . . 18° - 26° 34' 0,638 -0,500 0,526
III. Мягкве (земли стые)   _ 26° 34'—50° 0,500-0,297 0,387
IV. Слабые .... 20-100 40-10 0,297—0,031 0,164
V Средние . . . 100—400 10—3 - 0,031-0,008 0,017
VI Крепкие .... 400-1 600 3—0,50 0,008- 0,002 0,004
V И Весьма крепкие 1600 -2 000 0,50-0,05 0,002-0,0007 0,0012

 

А Н Динник [85], рассматривая горные породы как сплошные идеально упругие тела, предложил рассчитывать давление на крепь вертикального ствола по известной формуле (§ 29)-

Так как эта формула по существу относится к условиям нетрону­того массива, 'то применение ее к иным условиям, как в данном слу­чае (наличие ствола шахты), не может считаться строгим. Результа- ш расчетов по этой формуле оказываются всегда преувеличенными.

В ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ § 81. Вводные замечания

Сделанный обзор теорий горного давления (и при том далеко на всех) свидетельствует о большом разнообразии исходных положений, которые кладутся авторами в основу своих теорий. В большинстве эти положения правдоподобны. Однако полученные на их основе вы­воды только в редких случаях более или менее отвечают наблюде­ниям в выработках. Обычно же они расходятся с ними. Более того, разные теории, примененные к одним и тем же условиям, дают, как это оыло показано в § 76, крайне противоречивые результаты. Чем все это объяснить?

Не подлежит сомнению, что величина горного давления, его характер проявления и распределение представляют некоторую слож­ную функцию многих переменных как зависимых, так и независимых. Здесь играют роль: физико-механические свойства горных пород, определяемые параметрами состояния, глубина расположения выра­ботки, размеры ее и ориентировка по отношению к элементам зале- I ания пород, скорость подвигания забоя, время постановки крепи, материал и конструкция последней и т д Словом, имеют значение многочисленные естественные и производственные факторы, учесть которые в одной формуле, конечно, невозможно. Отсюда — поцразде- ленйе всех факторов йа существенный и несущесТйейные. ПосДеднИё не учитываются, а среди первых выбираются некоторые наиболее важные (по усмотрению каждого автора теории) переменные фак­торы при допущении постоянства остальных факторов. Исходные по­ложения предлагаемой теории и относятся к этим важным перемен­ным факторам. М. М. Протодьяконов придает особое значение коэфициенту крепости породы и щирине выработки, Риттер учиты­вает сцепление и внутреннее трение, а также ширину выработки, В. Д. Слесарев особо выделяет кривую давления и т. д. i

Однако все это оказывается недостаточным. Можно, повидимому; идя по тому же пути, избрать другие переменные факторы, постро­ить новые теории, получить соответствующие формулы vt, таким образом, прибавить к имеющимся еще несколько новых теорий. Од­нако можно утверждать, что конечный ре)ультат от этого не изме­нится, а именно: полученные выводы будут давать расхождение с дей­ствительностью. Если это так, то приходится совсем отказаться от указанного метода построения теорий, как несовершенного, и из­брать иной метод.

В настоящем разделе автор предпринимает попытку создания об­щей теории горного давления, учитывающей влияние всех без исклю­чения действующих факторов, в том числе времени и крепи. В осно­ву решения задачи положены первое и второе начала термодинамики. Полученные выводы отличаются значительной общностью. Несмотря на это, 'они позволяют отвечать на некоторые частные вопросы прик­ладного значения. Вообще же получение более подробных решений требует дополнительных исследований.

§ 82. Исходные положения

Обнажение горной породы в подземной выработке, предоставлен­ное самому себе, деформируется под влиянием горного давления. Величина деформации при этом является функцией времени и отве­чает постепенному протеканию процесса перераспределения напря­жений вокруг выработки, вызванного ее проведением. Если дефор­мация упругая, то обнажение является устойчивым и выработка не, требует крепления. Однако часто деформация обнажения оказывается пластической, заканчивающейся обрушением боковых пород. В целях предупреждения последнего ставится крепь.

Рудничная крепь ограничивает развитие деформацил обнажения и сама деформируется. Ее деформации соответствуют деформациям обнажения. В связи с этим обнажение и крепь можно рассматривать как замкнутую систему, имеющую свою внутреннюю энергию U, ко­торая на основании первого начала является постоянной.

Начиная с момента постановки крепи, имеет место взаимодействие компонентов системы „обнажение — крепь", связанное с трансформа­цией одной формы энергии в другую и с распределением последней между компонентами при общем постоянном ее количестве. В зави­симости от энергоемкости компонентов это распределение может способствовать стремлению данной замкнутой системы к равновесию или же привести ее к распаду (разрушение крепи). В обоих случаях в системе совершается работа, которую назовем работой горного, давления А.

Деформация системы „обнажение —крепь" представляет естест­венный процесс. Он является необратимым.

Выделим из рассматриваемой системы подсистему — обнажение массива. Тогда эту последнюю можно рассматривать как особую си-

стему, имеющую свою энергию. Однако ш энергия не будет постоян­ной, так как по отношению к обнажению имеется внешнее воздейст­вие в виде крепи.

Допустим, что процесс изменения состояния данной подсистемы обратимый. Тогда изменение энергии подсистемы, отвечающее ее оп­ределенному состоянию, будет равно работе внешнего воздействия (крепи), т. е.

dR—dFx,

где dFt— изменение свободной энергии, к которому и относится в данном случае изменение энергии подсистемы. При необратимом же процессе будет теряться некоторое количе­ство работы. Это потерянное количество работы равно разности меж­ду убылью свободной энергии и фактической работой.

Пусть TdS1 — количество энергии, связываемое в обнажении в виде работы необратимых деформаций, трения и т. п. Тогда можно представить себе два случая:

dR<dF1 + TdSu dR>dF1 + TdS1.

Очевидно, что в первом случае крепь будет разрушена, а во вто­ром случае она будет работать.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.