29. Экспериментально-аналитический метод расчета крепи

Экспериментально-аналитическим называется метод расчета крепи, основанный на аналитическом решении контактной задачи взаимодей­ствия крепи с деформируемым массивом пород и использующий в ка­честве исходных данных результаты натурных измерений напряжений, деформаций или перемещений в элементах конструкции крепи.

Натурные измерения, наряду с моделированием, являются важней­шим средством получения фактических данных и установления эмпири­ческих закономерностей, которые являются базой последующих теоре­тических обобщений. Вместе с тем результаты натурных измерений не могут быть использованы непосредственно для проектирования и рас­чета крепи, так как они, во-первых, не дают полной картины напряжен- но-деформированного состояния крепи, которую, очевидно, невозможно охватить измерениями, а во-вторых, в полной мере приложимы лишь

к конкретным условиям, в которых производились измерения. Даже при небольшом, на первый взгляд, изменении этих условий (глубина, харак­теристики пород, конструкция крепи, технология проходки) измерения, по сути дела, необходимо выполнять снова, так как результаты могут оказаться существенно отличающимися.

Экспериментально-аналитический метод расчета является обрат­ным по отношению к обычному методу расчета крепи. Действительно, при обычном методе расчета в качестве исходных данных заданы параметры начального поля напряжений в массиве, а определяются характеристики напряженно-деформированного состояния крепи. В дан­ном же случае исходными являются результаты измерений некоторых характеристик напряженно-деформированного состояния (напряжений, деформаций или перемещений) элементов конструкции крепи, а опреде­лению подлежат, кроме недостающих характеристик, еще и параметры расчетного начального поля напряжений.

Шахтное и подземное строительство (строительство горизонтальных горных выработок)

17. Технология возведения металлической арочной крепи.

При механизации возведения анкерной крепи следует ориентироваться на приспособленные для анкерования обычные бурильные установки.

При механизации возведения металлической арочной крепи из спецпрофиля следует использовать устройство, базирующееся на временной передвижной крепи, а при различных видах бетонной крепи (бетонной и набрызгбетонной) — специальные машины типа БМ-70.

При буровзрывном способе проведения выработок для механизации крепления за рубежом применяют в основном передвижные рабочие полки. По своему конструктивному исполнению используемые в ФРГ передвижные рабочие полки подразделяют на простые передвижные, с устройством для крепления забоя и многоцелевого назначения.

Простые передвижные рабочие полки, как правило, перемещают по двум подвесным монорельсовым дорогам с помощью специального привода. Для вертикального перемещения рабочих полков используют подъемные устройства, а в современных конструкциях — гидроцилиндры, которые обеспечивают более точное управление и большую свободную высоту над полком.

Перемещаемые по рельсам рабочие полки осуществляют механизированную доставку элементов крепи в призабойной зоне. Для них характерны: меньший объем ручных работ при возведении крепи; ббльшая безопасность работ благодаря меньшей высоте падения угля и породы; разделение сечения выработки на две плоскости, что позволяет при больших площадях сечений осуществлять параллельные работы по бурению, погрузке породы и креплению забоя; сокращение продолжительности подготовительно-заключительных операций.

Самоперемещающиеся рабочие полки при минимальной площади сечения выработки, равной 16 м2, можно применять в сочетании с погрузочными машинами и бурильными установками.

Рабочие полки с устройством для крепления отличаются от простых рабочих полков тем, что в конструкцию полка введен дополнительный подъемный стол для комплектов верхняков крепи, который можно отдельно поднимать, перемещать в продольном и поперечном направлениях, а также наклонять. В процессе проведения выработки подъемный стол опускают на почву в пройденной части выработки. Во время погрузки породы монтируют комплект верхняков с болтовыми соединениями и укладывают сетчатую затяжку с готовым комплектом верхняков и прочим крепежным материалом, рабочий полок перемещают к забою. В забое перекрытие из верхняков прижимают к кровле. По окончании погрузки под защитой рабочего полка устанавливают стойки крепи. Благодаря применению рабочих полков с устройством для возведения крепи в комплексе с другим высокопроизводительным проходческим оборудованием производственный процесс при буровзрывном способе проведения выработок коренным образом улучшается.

34. Технологические схемы сооружения камер околоствольного двора.

Подземные сооружения камерного типа площадью попереч­ного сечения более 100 м² широко используются в самых раз­личных областях промышленности и строительства.

В энергетике такие сооружения предназначены для подзем­ных машинных залов гидравлических, гидроаккумулирующих и атомных электростанций, трансформаторных подстанций, камер­ных затворов.

В городском хозяйстве инженерные сооружения включают в себя односводчатые станции метрополитенов, подземные автосто­янки и гаражи, насосные станции перекачки сточных вод, транс­форматорные подстанции, промышленные котельные.

Подземные сооружения камерного типа широко используют для размещения в них складов и различных хранилищ. К таким сооружениям относят подземные резервуары и хранилища неф­ти, сжиженных газов, радиоактивных отходов. Крупные под­земные помещения используют в качестве складов, а также хо­лодильников для различного рода продовольственных продуктов и медикаментов.

За рубежом имеются многочисленные примеры использова­ния крупных подземных сооружений. В них размещают подзем­ные заводы, базы для атомных подводных лодок, комплексы для установки и обслуживания межконтинентальных ракет, скла­дов для горюче-смазочных материалов, оружия, боеприпасов. Подземными устраивают бомбоубежища, различного рода про­тивоатомные бункеры и др.

В крупных городах в подземных сооружениях нередко рас­полагают больницы, кинотеатры, библиотеки, плавательные бас­сейны, спорткомплексы, торговые центры, автостоянки и т.д. На­пример, торгово-рекреационный комплекс на Манежной площа­ди в Москве.

В специальных подземных сооружениях большого сечения ве­дут физические исследования (сейсмостанции, нейтринные лаборатории и др.). Все эти сооружения представляют собой не только одиночные камеры, в отдельных случаях это комплекс, состоящий из ряда параллельно расположенных крупных выра­боток, соединенных между собой.

Формы поперечного сечения крупных подземных сооруже­ний различны. Наиболее распространенной является прямо­угольная форма со сводчатой кровлей и вертикальными стенка­ми. Реже применяют коробовую, эллиптическую и полуцир­кульную формы.

Длина камерных выработок обычно составляет не более 200 м, в отдельных случаях - 300 - 500 м, ширина камер до 30 м, вы­сота 60 м. Например, подземный машинный зал канадской гид­роэлектростанции имеет следующие размеры: ширина 26,5 м, пысота 47,3 м, длина 483,4 м. В этом зале размещены 16 гидро­агрегатов мощностью по 339 тыс. кВт каждый.

Площадь поперечного сечения крупных камерных вырабо­ток достигает 1000 м² и иногда более. На рис. 109 изображены поперечные сечения крупных подземных сооружений камерно­го типа. Для сравнения там же показан обычный перегон­ный тоннель метрополитена (площадь поперечного сечения око­ло 25 м²).

Подземные сооружения большого сечения камерного типа располагают преимущественно в крепких, слаботрещиноватых скальных породах. Естественно, что при этом облегчается про­ведение выработок и снижаются затраты на крепление. Тем не менее многочисленные крупные подземные сооружения прихо­дится размещать ниже уровня подземных вод в породах трещи­новатых, нарушенных, средней крепости и даже мягких. Строи­тельство камер в подобных условиях является особо сложной инженерной задачей.

Существенное различие в размерах крупных камерных под­земных сооружений по сравнению с тоннелями и горными выра­ботками не позволяет использовать обычно практикуемые спосо­бы проведения и крепления и требует применения иных методов и технологии строительства.

Схемы производства работ. Существуют два основных ре­шения последовательности разработки породы по сечению каме­ры (рис. 110):

• разработка 1 и 2 подсводовой части камеры, устройство 3 крепи свода, затем разработка 4 - 7 основного массива породы (ядра) и закрепление 4' - 7' стен камеры (см. рис. 110,а);

• создание 1 прорези по периметру камеры с закреплением стен 2 и свода 3 - 4 камеры из этой прорези, затем разработка 5 - 8 основного массива породы (ядра) под защитой установ­ленной крепи (см. рис. 110,6).

Цифрами на рис. 110 показана очередность выполнения гор­но-строительных работ, каждая из работ включает в себя ряд этапов.

Как правило, первое решение применяют при строительстве подземных сооружений, располагаемых в сравнительно крепких породах, а второе - в породах средней крепости и мягких или же при значительных пролетах камер.

Первое решение реализуют при так называемом уступном способе разработки породы и способе опертого свода, второе решение - при способе опорного ядра. Имеются также отдель­ные модификации этих решений.

Вскрытие подземного сооружения удобнее всего выполнять с обеих торцевых сторон, для того чтобы организовать работы вдоль оси камеры встречными забоями. Однако это не всегда удается, приходится проводить вспомогательные подходные вы­работки и соединять их в различных местах сооружения с тор­цами или средней частью по длине камеры