Расчет деревянной крепи

При наличие давления со стороны кровли (n_к ≤ 1) и отсутствия давления со стороны боков (n_б≥ 4) прочные размеры верхняка определяются по методу М. М. Протодьяконова

(11)

где a – полупролет выработки вчерне по кровле, м;

L – расстояние между крепежными рамами, м;

R_и – расчетное сопротивление древесины из круглых материалов на изгиб, для сосны R_и = 16 МПа;

φ _k – кажущийся угол внутреннего трения породы, град;

m – коэффициент условий работы для шахтной крепи, равный 0, 85;

n_п – коэффициент перегрузки, равный 1, 2.

Кажущийся угол внутреннего трения породы определяется по формуле

φ _k= arctg ƒ

где ƒ – коэффициент крепости породы по шкале М. М. Протодьяконова

Для определения угла φ _k можно пользоваться таблицей 3

Таблица 3 – Кажущиеся углы внутреннего трения пород

Диаметр верхняка при относительно устойчивой кровле (1< n_k< 4) и устойчивых боках (n_б ≥ 4) рассчитывается по формуле с введением коэффициента запаса прочности n_k под знак радикала в знаменатель.

(12)

Рекомендуется рассчитать диаметр верхняка для нескольких значений L, изменяя расстояние между рамами от 1, 0 до 0, 5 м и выбрать подходящий диаметр верхняка. Если при L = 0, 5 м диаметр верхняка окажется большим, необходимо принять сплошную крепь (L = 0, 2÷ 0, 25м). Если в этом случае диаметр верхняка окажется неприемлемым, необходимо принять металлическую крепь.

Для ориентировки в правильности выбора диаметра верхняка, можно пользоваться данными таблицы 4, в которой указаны оптимальные диаметры верхняка.

Таблица 4 - Оптимальные размеры верхняка по толщине

На практике широко применяется крепление выработки подпарочными рамами, При такой конструкции крепи выработка крепится в разбежку, но рамы устанавливаются сдвоенные (основная рама и подпарочная)

Несущая способность у сдвоенных рам в два раза больше, чем у одинарных.

Кроме того сдвоенные крепежные рамы более устойчивы при действии ударной волны при взрывных работах. При креплении выработки подпарочными рамами расчет диаметра верхняка производится по тем же формулам (11) и (12), но под знак радикала в знаменатель вводится коэффициент 2.

В устойчивых боковых породах (n_б ≥ 4) стойки являются малонагруженными элементами крепи. Диаметр стойки принимается равным диаметру верхняка для обеспечения прочности и плотности замка.

При установке крепи в разбежку пространство между рамами затягивают затяжками из досок или обаполов. Толщина затяжек рассчитывается по формуле:

(13)

где к – коэффициент принимаемый для затяжек из досок равным 0, 87, из обаполов – 1, 3;

Остальные обозначения в формуле те же, что и в предыдущих формулах, кроме R_и=13МПа (для пиломатериалов). Минимальная толщина затяжек – 3см.

Кровля выработки затягивается всегда сплошь, а бока в зависимости от крепости пород:

при ƒ = 8÷ 9 – бока не затягиваются;

при ƒ = 4÷ 7 – бока затягиваются вразбежку;

при ƒ = 1÷ 3 – бока затягиваются сплошь.

Если кровля и бока неустойчивы (n­_k ≤ 1; n­_б ≤ 1) или относительно устойчивы (1< n­_k< 4; 1< n­_б< 4), то расчет деревянной крепи трапециевидной формы производится по методу профессора П.М. Цимбаревича.

При отсутствии в кровле и боках выработки запаса прочности (n­_k ≤ 1; n­_б ≤ 1) высота свода обрушения b₁ определяется по формуле:

(14)

где h – высота выработки вчерне, м;

α – угол наклона стойки, град;

φ _k – кажущийся угол внутреннего трения породы, град.

Рассчитывается диаметр верхняка d с учетом запаса прочности кровли

(15)

где n_k – запас прочности пород кровли;

при n_k ≤ 1 в формулу следует подставить n_k = 1; при (1< n_k< 4) подставляется значение запаса прочности кровли n_k.

n­_n – коэффициент перегрузки, равный 1, 2;

Несущая способность арок металлической крепи зависит от номера спецпрофиля СВП, из которого изготовлена крепь. Номер спец-профиля применяется в соответствии с площадью поперечного сечения выработки в свету, так как чем больше поперечное сечение выработки при одинаковых прочих условиях, тем больше горное давление на крепь.

Для определения несущей способности арки можно использовать таблицу 5. Несущая способность арок в таблице относится к крепи штреков, расположенных на пологих и горизонтальных пластах. В штреках расположенных на наклонных и крутых пластах, несущую способность арок уменьшают на 18-20% из-за несимметричного давления горных пород. При применении подковообразной крепи уменьшение несущей способности не происходит, так как она лучше воспринимает боковое давление.

Таблица 5 – Параметры металлической арочной крепи

Нормативная нагрузка на крепь со стороны кровли рассчитывается по формуле

(17)

где а – ширина выработки в проходке по почве или в наиболее широком месте на основании таблицы 1.

Полученные данные Р и Q подставляются в формулу (16). Рассчитанное максимальное расстояние между арками округляется до меньшего значения, кратного 5см. Максимальное расстояние между арками не должно превышать 1, 25м.

Пространство между арками затягивается железобетонными, металлическими, стеклопластиковыми или деревянными затяжками.

Деревянные затяжки изготавливаются из обрезных досок. Их толщина рассчитывается по формуле (13). Толщина затяжек принимается не менее 4 см. Рассчитанная толщина затяжек округляется в большую сторону с точностью 0, 5см.