Формирование напряженного состояния бетонной крепи в процессе проходки шахтного ствола

Аннотация

Проходка шахтного ствола является ответственной и дорогостоящей процедурой. В процессе ее выполнения могут возникать аварийные ситуации. Для их предотвращения необходимо достоверно оценивать напряженное состояние крепи ствола на этапе проектирования. Решение этой задачи возможно с помощью методов математического моделирования. Уровень их достоверности зависит от точности описания как технологического процесса проходки, так и механического поведения грунта. Рассмотрены две технологических схемы проходки, в рамках которых формирование крепи ствола осуществляется методом бетонирования. Согласно первой из них бетонирование выполняется до текущего положения дна выработки. Согласно второй бетонирование отстает от выемки грунта на один шаг. Диаметр ствола составляет 10 м, шаг и глубина проходки имеют значения 5 и 1000 м соответственно. Проходка производится в каменной соли. Ее деформирование описывается тремя вариантами физических соотношений, которые позволяют оценить роль деформирования грунта на стадии разгрузки. В работе сделан акцент на значениях нормальных напряжений, возникающих в крепи при проходке. Из полученных результатов сделаны следующие выводы: максимальное растягивающее напряжение крепи, вычисленное для первой схемы проходки, приблизительно в 13 раз превышает аналогичное значение, соответствующее второй схеме; учет упругих характеристик грунта, характерных для стадии разгрузки, изменяет значение максимальных растягивающих напряжений крепи более чем в 2 раза. Проведен анализ возможности образования горизонтальных трещин в крепи в зависимости от схемы проходки и модели деформирования грунта. Из анализа следует, что первое появление трещин в бетоне возможно на глубинах около 40 м при первой схеме и около 450 м при второй.