Определение рациональных параметров жестких межрамных связей, повышающих сопротивление металлической крепи кручению

Основные выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что в сложных условиях металлическая крепь теряет устойчивость до исчерпания ее податливости вследствие пространственной изгибно-крутильной деформации, что объясняется слабым сопротивлением крепи кручению, которое можно повысить путем применения жестких межрамных связей.

2. Подучены уравнения внутренних сил и перемещений тонкостенного элемента кольцевой крепи малой кривизны, усиленного жесткими межрамными связями, а также необходимые уравнения совместности перемещений элемента и связей. При этом подучены функции влияния внутренних сил и перемещений, необходимые для расчета по пространственной схеме крепи массивного поперечного сечения.

3. Составлена математическая модель и программа для расчета на ЭВМ крепи из элементов с осью в виде окружности, усиленной жесткими межрамными связями.

4. В результате математического моделирования для кольцевой крепи получены зависимости максимальных касательных напряжений в крепи от количества межрамных связей, их жесткости и длины, позволяющие конструировать крепь с жесткими межрамными связями.

5. На основе разработанной методики расчета определены рациональные параметры жестких межрамных связей для усиления крепи КПК-ПЛ-15, широко применяемой в Подмосковном угольном бассейне.

6. Лабораторные исследования кольцевых крепей постоянной жесткости и с пологим лежнем, как неусиленных, так и усиленных жесткими межрамными связями, подтвердили корректность принятых теоретических положений и правильность полученных аналитических зависимостей. Отличие расчетных величин от экспериментальных было не более 20%.

7. В результате производственных испытаний усиленной крепи КПК-Ш1−15М, проведенных на шахте «Липковская» производственного объединения «Тулауголь», подтверждена высокая эффективность использования жестких межрамных связей для повышения несущей способности металлической крепи из тонкостенных элементов открытого профиля. По сравнению с неусиленной крепью КПК-ПЛ-15 предложенная конструкция имеет коэффициент повторного использования в 1,56 раза больше за счет повышения ее сопротивления кручению. Установка жестких межрамных связей обеспечила уменьшение: максимальных углов закручивания поперечных сечений элементов крепи в 3 разакоэффициента неравномерности распределения нагрузки по контуру крепи в 1,95 разасмещений породного контура в 1,3 раза.

8. Внедрение усиленной крепи КПК-ПЛ-15М на шахте «Липковская» производственного объединения «Тулауголь» позволило получить экономический эффект 17,3 руб. на I метр выработки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе получено новое решение актуальной научной задачи повышения устойчивости металлической крепи путем применения повышающих ее сопротивление кручению жестких межрамных связей на основе исследования силовых факторов и перемещений произвольно нагруженной крепи при различных параметрах межрамных связей.

1. Айталиев Ш. М. Исследование работы обделки напорного тоннеля кругового очертания под действием неустановившегося горного давления. В кн.: Реологические вопросы механики горных пород. Алма-Ата, АН КазССР, 1964, с.

2. Ацусин Б. З. Статический расчет конструкции станции метроа"политена методом начальных параметров. Труды/ВНИМИ, вып. 67, Л., ВНИМИ, 1967.

3. Ацусин Б. З., Фадеев А. Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. М.: Недра, 1975.

4. Ардашев К. А., Ахматов В. И., Катков Г. А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. М.: Недра, 1981. 127 с.

5. Архангельский М. М., Джинчарадзе Д. И., Курисько A.C. Расчет тоннельных обделок. М.: Трансжелдориздат, I960. — 344 с.

6. Баклашов Н. В., Тимофеев О. В. Конструкции и расчет крепей и обделок. М.: Недра, 1979. — 263 с.

7. Басинский Ю. М., Иванов Е. А. Исследование проявлений горного давления в глубоких шахтах Донбасса. Проектирование и строительство угольных предприятий, 1967, W 4, с. 48−52.

8. Басовская A.M. К вопросу методики исследования работы крепей подготовительных выработок в натурных условиях. Вопросы горного давления, СО АН СССР, 1965, вып. 13.

9. Беркина С. Н. Расчет обделки тоннеля произвольного очертания. Строительная механика и расчет сооружений, I960, № 5, с. 14−21.

10. Борисов A.A. Давление на крепь горизонтальных выработокМ.-Л.: Углетехиздат, 1948. 104 с.

11. Бреднев В. А. Исследование предельных состояний крепи горных выработок. Дис. .канд.техн.наук. — Тула, 1976. — 192 л.

12. Булычев Н. С., Амусин В. З., Оловянный А. Г. Расчет крепи капитальных горных выработок. М.: Недра, 1974. — 320 с.

13. Взаимодействие массивов горных пород с крепью вертикальных выработок/Г.А.Крупенников, Н. С. Булычев, А. М. Козел, Н. А. Филатов. М.: Недра, 1966. — 314 с.

14. Виноградов Б. Н. Опыт измерения давления горных пород на тоннельные обделки месс дозами. В кн.: Сборник статей ЦНИИС, М., Трансдориздат, 1959, * 31.

15. Временные указания по охране и рациональному расположению подготовительных выработок на шахтах Подмосковного угольного бассейна. Л.: ВНИМИ, 1971. — 26 с.

16. Гелескул М. Н., Усан-Подгорнов Б. М. Исследование сдвижения пород и работы податливой крепи в полевых горизонтальных выработках глубоких шахт. Шахтное строительство, 1968, * 8, с. 6−10.

17. Гелескул М. Н., Усан-Подгорнов Б. М. Исследования условий работы крепи и разработка основных направлений совершенствования крепления и поддержания подготовительных выработок шахт Подмосковного бассейна. Отчет/ЙГД им. Скочинского, 1961. — 52 с.

18. Гелескул М. Н., Киселев Е. С. Конструирование и расчет железобетонных рамных крепей. М.: Госгортехиздат, 1961. — 248 с.

19. Давыдов С. С. Расчет и проектирование подземных конструкций. М.: СтроЙиздат, 1950. — 376 с.

20. Давидович И .Л. Работы БНИШ по исследованию проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Донбасса. В кн.: Исследование проявлений горного давления на глубоких горизонтах шахт. Л., ВНИМИ, 1971, с. 34−43.

21. Денисов В. М. Определение грузонесущей способности кольцевой металлической крепи. Проектирование и строительство угольных предприятий, 1968, * П-12, с. 35−38.

22. Джапаридзе Л. А. Расчет металлической крепи горных выработок. М.: Недра, 1975. — 189 с.

23. Динник А. Н. Давление горных пород и расчет крепи вертикальной шахты. Инженерный работник, 1966, № I, с. 23−27.

24. Долгун А. И. Степень влияния межрамных стяжек на несущую способность крепи: Науч.-техн.реф.сб./ЦНИЭИуголь ЦБНГИ Мин-углепрома УССР, 1978, * I, с. 7−9.

25. Ержанов Ж. С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. Алма-Ата: Наука, 1964. — 175 с.

26. Ержанов 2.С., Розовский М. И. Изучение напряженного состояния вблизи незакрепленного шахтного ствола с учетом ползучести горных пород. Известия вузов, горный журнал 1960, № 4, с.

27. Ержанов Ж. С. Наследственная ползучесть горных пород иее влияние на распределение напряжений вблизи закрепленного шахтного ствола. Вестник АН КазССР, 1959, № 7, с.

28. Еганов В. М. Исследование несущей способности и совершенствование конструкций крепи подготовительных выработок с использованием ЭВМ (применительно к условиям Подмосковного бассейна). -Дис. .канд.техн.наук. Тула, ТЛИ, 1974. — 240 л.

29. Заславский Ю. З. Вопросы крепления капитальных горных выработок глубоких шахт в Донбассе. М.: ЦНИИТЭИ, 1963. — 73 с.

30. Зицер Н. С. Исследование работы сборной железобетонной крепи в условиях шахт Никополь-Марганцевского бассейна. Труды /НИГРИ, М., Госнаучтехиздат. 1962, «4. е. '.

31. Каретников В. Н. Исследование несущей способности и совершенствование конструкций шахтных крепей. Дис. .докт. техн.наук. Тула, 1975. — 481 л.

32. Каретников В. Н., Прохоров Н. И. Метод определения величины горного давления на крепь по замеренной конвергенции точек ее контура. В кн.: Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. Тула, ТЛИ, 1976, с. 48−56.

33. Каретников В. Н., Клейменов В. Б., Соколов А. И. Расчетная модель напряженно-деформированного состояния кольцевой крепи, усиленной жесткими межрамными связями. ЦНИЭИуголь, деп. № 2567, 1983, * 2.

34. Каретников В. Н., Поляков Б. А., Соколов А. И. Исследование работы металлической крепи, усиленной межрамными и деплана-ционными связями. В кн.: Проблемы механики подземных сооружений: Тез. докл. П Всес.науч.конф. Тула, 1982, с. Х82, 183.

35. Каретников В. Н., Клейменов В. Б., Соколов А. И. Экспериментальные исследования кольцевой крепи, усиленной межрамными связями. В кн.: Механика подземных сооружений. Тула, 1982, с. 5−9.

36. Катков Г. А. Совместная работа крепи подземных выработок и окружающих горных пород. Шахтное строительство, 1962, «10, с. 9-И.

37. Кацауров И. Н. Некоторые задачи по механике горных пород и расчетам крепи. М.: МГИ, 1968.

38. Качарава Г. Г., 1Ъеушев П.И. О профилях проката, применяемых для крепи подготовительных выработок. В кн.: Научные сообщения. Вып. 25. Горное давление и крепление. М., 1965, с. 8999. (ИГД им. А.А.Скочинского).

39. Клейменов В. Б., Каретников В. Н., Синкевич Б. И. Инвентарная металлическая крепь для выемочных штреков: Науч.-техн. реф. с б./.

40. ЦНИИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР, 1982, № 4, с. 29−31.

41. Клейменов В. Б. Исследование несущей способности крепи горных выработок при сложных нагрузках. Дис.канд.техн.наук.- Тула, 1970. 132 с.

42. Клейменов В. Б., Поляков Б. А. Обобщенная расчетная модель крепи из тонкостенных элементов открытого профиля, усиленных би-моментными связями. В кн.: Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. Тула, ТПИ, 1981, с. 116−125.

43. Клейменов В. Б. Расчет крепи из тонкостенных элементов открытого профиля, усиленных межрамными поперечными связями. В кн.: Механика подземных сооружений. Тула, 1982, с. 79−82.

44. Клейменов В. Б. Универсальные уравнения внутренних сил и перемещений крепи из тонкостенных элементов открытого профиля.- В кн.: Механика подземных сооружений, Тула, ТПИ, 1982, с. 42−57.

45. Комиссаров М. А. Улучшение состояния и снижение трудоемкости поддержания подготовительных горных выработок. В кн.: Производительность труда в угольной промышленности: Тез. докл. Всес.конф. М., Недра, 1974.

46. Кузнецов Г. Н. Изучение проявлений горного давления на моделях. М.: Углетехиздат, 1969.

47. Лабасс A.A. Давление горных пород в угольных шахтах.- В кн.: Вопросы теории горного давления. М., Госгортехиздат, 1961, с. 59−164.

48. Лехницкий С. Г. Теоретическое исследование напряженийв упругом анизотропном массиве вблизи подземной выработки эллиптического сечения. Труды/ВНИМИ, сб. 45, Л., БНИШ, 1962, с. 155−193.

49. Либерман Ю. И. Давление на крепь капитальных выработок. М.: Наука, 1969. — 119 с.

50. Либерман Ю. М. К вопросу о расчете оптимальных параметров крепей капитальных выработок. В кн.: Проблемы механики горных пород. Алма-Ата. Недра, 1968, с. 243−248.

51. Методические положения по выполнению научно-исследовательских работ. Л.: ВНИМИ, 1972. — 52 с.

52. Методические указания по статистической обработке и анализу результатов исследований проявлений горного давления. Л.: ВНИМИ, 1976. — 166 с.

53. Насонов Л. Н. Механика горных пород и крепление горных выработок. М.: Недра, 1969. — 330 с.

54. Насонов Л. Н., Моцкин И. А., Костава И. М. Экспериментально-аналитический метод выбора параметров кольцевой крепи. В кн.: Устойчивость и крепление горных^выработок, вып. 2. Л., ЛГИ, 1976, с. 59−61.

55. Насонов И. Д. Моделирование горных процессов. М.: Недра, 1978. — 256 с.

56. Орлов В. В. Рациональные крепи для капитальных выработок глубоких шахт. В кн.: Разработка угольных пластов на больших глубинах. — М.: Недра, 1965, с. 144−148.

57. Орлов В. В., Янчур A.M., Бабичев Н. С. Проведение и крепление горных выработок. М.: Недра, 1965. — 496 с.

58. Перепичка Ф. И., Киндур В. П. Шахтные исследования замкнутой крепи. Проектирование и строительство угольных предприятий, 1967, № 4, с. 33−35.

59. Покровский Н. М. Ремонт и восстановление выработок. М.: Углетехиздат, 1948. 136 с.

60. Покровский Г. И., Федоров И. С., Центробежное моделирование в горном деле. М.: Недра, 1969.

61. Попов В. Л. Горное давление и рудничная крепь. М.: Гос-гортехиздат, 1962. — 300 с.

62. Попов В. Л., Каретников В. Н., Еганов В. М. Расчет крепи подготовительных выработок на ЭВМ. М.: Недра, 1978. — 230 с.

63. Постнов В. А., Хархуриш И. Я. Метод конечных элементовв расчете судовых конструкций. Л.: Судостроение, 1974. — 341 с.

64. Пригожин Е. С., Денисов В. Н. Результаты замеров нагрузок на крепь штреков в условиях слабых пород. Проектирование и строительство угольных предприятий, 1962, № 6, с. 64−72.

65. Протодьяконов М. М. Давление горных пород и рудничное крепление, ч. I. В кн.: Давление горных пород. М., ГНТИУ, 1930, с. 68−93.

66. Прохоров Н. И. Прогнозирование величин смещения пород в выемочных штреках. В кн.: Механика подземных сооружений. Тула, ТПИ, 1982, с. 62−65.

67. Разработка методики оптимизации конструкций крепи подготовительных выработок./В.Л.Попов, Г. П. Ананьин, В. Н. Каретникови др. Тула: ТПИ, 1974. — 172 с.

68. Резников P.A. Решение задач строительной механики на ЭЦВМ. М.: Стройиздат, 1971. — 312 с.

69. Родин И. В. К вопросу о решении задач гравитационного давления горного массива на крепи подземных выработок .-Докл. АН СССР, 1951, * 3, с. 421−424.

70. Родин И. В. Снимаемая нагрузка и горное давление. В кн.: Исследования горного давления. М., Гостехиздат, I960, с. 343−374.

71. Руководство по проектированию конструкций крепи горных выработок из железобетона с жесткой арматурой/П.С.Залис, В. Б. Зеленский, В. И. Котенев и др. Харьков, 1975. — 100 с.

72. Р^ппенейт К. В. Некоторые вопросы механики горных пород.- М.: Углетехиздат, 1954. 384 с.

73. Савин Г. Н. Концентрация напряжений около отверстий. М.-Л.: ГИТЛ, 1951.

74. Смирняков В. В., Мирзоев В. М. Распределение нагрузки на крепь подготовительных горных выработок шахт Караджаро-Шаханского участка. В кн.: Записки Ленинградского горного института им. Г. В. Плеханова, т. 64, вып. I, Л., ЛШ, 1974.

75. Смирняков В. В., Маркович М. П. Число и конструкция межрамных стяжек для металлической податливой крепи. В кн.: Строительство шахт, рудников и подземных сооружений, вып. I. Свердловск, СП1, 1975, с. 66−70.

76. Смирняков В. В. Рациональная форма металлической крепи подготовительных выработок. В кн.: Записки Ленинградского горного института им. Г. В. Плеханова, т. 64, вып. I. Л., ЛГИ, 1974, с. 79−88.

77. Создание и внедрение железобетонных крепей и средств механизации их изготовления для шахт Подмосковного бассейна.- Отчет/ПНИУИ по теме № 18 за 1969 год.

78. Соколов А. И. Алгоритм и программа расчета кольцевой крепи из тонкостенных элементов, усиленной межрамными связями— В кн.: Механика подземных сооружений. Тула, ТЛИ, 1982, с. 118 121.

79. Типовые паспорта рационального расположения, охраны и крепления горных выработок, поддерживаемых в слабых глинистых породах. Тула, 1982, с. 6-Ю.

80. Трумбачев В. Ф. Применение оптического метода к исследованию распределения напряжений вокруг горных выработок. Л.: ЛГУ, i960, с. 304−312.

81. Трумбачев В. Ф., Молодцова A.C. Применение оптического метода для исследования напряженного состояния пород вокруг выработок. М.: АН СССР, 1963. — 93 с.

82. Усан-Подгорнов Б. М. Анализ влияния основных факторов на условия работы крепи в шахтах Подмосковного бассейна. В кн.: Научные сообщения, Вып. 41. Горное давление и крепление. М., 1967, с. 44−54. (ИГД им. А.А.Скочинского).

83. Феодосьев В. И. Десять лекций бесед по сопротивлению материалов. — М.: Наука, 1969. — 175 с.

84. Фотиева H.H. Расчет крепи подземных сооружений на статические нагрузки и сейсмические воздействия на основе исследования упругой модели взаимодействия крепи с массивом пород.

85. В кн.: Проблемы механики подземных сооружений. Л., ЛГИ, 1979, с. 3−8.

86. Цимбаревич П. М. Механика горных пород. М.: Углетех-издат, 1948. — 184 с.

87. Черняк .И. Л., Грядущий Б. А. О механизме деформаций пород вокруг выработок, подверженных влиянию очистных работ на больших глубинах. Проектирование и строительство угольных предприятий, 1968, * I, с. 40−44.

88. Шейнин В. И., БУппенейт К. В. Некоторые статистические задачи расчета подземных сооружений. М.: Недра, 1969.

89. Щукин A.C., Краев Ю. К. Опыт применения сборного железобетона на шахтах Егоршинского шахтоуправления. В кн.: Строительство шахт, рудников и подземных сооружений, вып. I. Свердловск, СП!, 1975, с. 56−61.

90. Экспериментальные исследования проявлений горного давления на шахтах Подмосковного бассейна/А.Н.Насонов, И. А. Моцкин, Г. И. Нуждихин, В. А. Субботин. Проектирование и строительство угольных предприятий, 1967, № 7, с. 14−17.

91. Hrennikoff A. Solution of problems of elasticity by the framework method.J.Appl.Mech.P-A 169 (december, 194l).

92. Tottenchem H. and Brebbia G. Finite element techniques in structural mechanics. Proceedings of a seminar at the University of Sauthhampton, april, 1970.95″ Untersuchung Streckenausbau unter Tage «Sla'ger und Eisen». Nr.10.1964.

93. Wichur A. Analisa sposobu obliczenia obudowy szybowej.-" Rudy i metale niezel", R, 11,1966.N3.

94. Wichur A. Pole naprezen w sprezystym pierscieniu koli-stym obeiazonym staeyonarna funke ja losowa. «Archivum gornietwa», 16,1971,H1.