Оценка напряженно-деформированного состояния участка крепления безрасстрельной армировки вертикального ствола

Рассмотрим участок ствола в месте крепления яруса безрасстрельной армировки при комплексном действии нагрузок на крепь и армировку со стороны породного массива и движущегося подъемного сосуда.

Исследуемое сечение представлено на рис. 1, а ее основные характеристики приведены в табл. 1. При консольном исполнении армировки из схемы исключаются элементы типа распор 1. В случае блочного исполнения к основным несущим консолям добавляется вертикальный распор.

Примем для дальнейшего рассмотрения консольное исполнение несущего яруса. Исследование работы участка А (рис. 1) при комплексном действии нагрузок с помощью аналитических методов весьма затруднено. В связи с этим прибегнем к численным математическим методам.

Рис. 1. Безрасстрельная схема клетевого ствола К б -4

Таблица 1 – Характеристика схемы армировки К б -4

Наименование параметра	Единица измерения	Значение параметра
Диаметр ствола	м	8,0
Шаг армировки	м	4,0
Тип и число подъемных сосудов	шт	Две клети, 5200 x 1500 мм
Масса груженой клети	кг	23490
Тип и размеры профиля проводников	мм	Коробчатые, 160х160х11 мм
Тип и размеры консолей	мм	Коробчатые, 160х100х10 мм
Способ крепления консолей к крепи ствола	-	4 анкерами
Тип профиля анкеров	-	Труба, 40х10 мм

В настоящее время при решении задач геомеханики наибольшее рас- пространение получил метод конечных элементов.

С помощью программного комплекса Лира 9.0 выполнено построение и расчет модели, представляющий собой объемный участок породного массива с пройденным и закрепленным стволом и установленным несущим элементом армировки (рис. 2).

б)

Рис. 2. Фрагмент численной модели ствола в точке крепления консоли армировки

Диаметр породного массива принят равным 5 диаметрам ствола, высота участка – 2,5 диаметрам. Крепь ствола принята монолитной бетонной класса В20, толщиной 300 мм.

Крепь и породный массив разбивались на объемные конечные элементы (КЭ) в виде универсального пространственного изопараметрическо-го восьмиузлового КЭ, предназначенного для определения напряженно-деформированного состояния континуальных объектов и массивных пространственных конструкций.

Консоль и опорная плита разбивались на КЭ типа изгибаемых пластин, анкера моделировались в виде стержневых КЭ, жестко связанных с КЭ крепи ствола.

Для проведения расчетов была сформирована таблица расчетных сочетаний усилий (РСУ), позволяющая исследовать комплексное влияние нагрузок на крепь и армировку. Все нагрузки были разделены на постоянные и кратковременные.

К постоянным нагрузкам отнесены собственный вес элементов и нагрузка на крепь со стороны породного массива.

К кратковременным нагрузкам отнесены динамические воздействия со стороны подъемного сосуда.

Динамические воздействия со стороны подъемного сосуда разбиваются на боковую и лобовую составляющую и определяются согласно [1]

по формуле

Р л(б)

2 • п2 • дп • к 2р -(т • V2)

• n лб) ,

h2

где  δп – зазор на сторону между рабочими или предохранительны- ми направляющими скольжения и проводником;

кр – коэффициент влияния типа рабочих направляющих подъемного сосуда;

h – шаг армировки, м;

nл(б) – коэффициент, учитывающий эксцентриситет центра масс гру- женого сосуда, относительного искривления проводников, и др.

Главные напряжения в центре тяжести каждого КЭ консоли в его срединной поверхности определялись из выражения

^1,2 =

CTx + az

±

'(

vv

2    )

+ ^Т Х

J

Эквивалентные напряжения в соответствии с 3 теорией прочности

(наибольших касательных напряжений), широко применяемой для метал- лов, определялись из выражения

аЭ = а1 - a3.

На рис. 3 представлены полученные графики зависимостей максимальных эквивалентных напряжений в консоли от интенсивности подъема при учете только кратковременных нагрузок Р1^6 (оэкв), а также при ком- плексном действии всех возможных нагрузок (σэкв’).

Рис. 3. График зависимости максимальных эквивалентных напряжений в консоли от интенсивности подъема при различных сочетаниях нагрузок ([σ] – максимально допустимые напряжения в армировке)

Полученные данные свидетельствуют о том, что при рассмотрении участков крепления армировки необходимо рассматривать весь комплекс нагрузок и воздействий, что позволит более точно определять параметры рассматриваемых конструкций.