Лабораторный практикум по ККПС 2011

91

из двух проволочек 5, наклеенных на направляющих текстолитовых пластинках, двух проволочных резисторов, намотанных в общем каркасе 6, и штока 7 со скользящими контактами 8. Шток жестко связан с наружной телескопической трубой 1 через верхний наконечник 3 с замком. При перемещении телескопических труб 1 и 2 относительно друг друга меняется положение движка, т.е. контактов 8 на проволочках 5 и, следовательно, меняется величина сопротивления реостатного датчика. Техническая характеристика стоек СР-2 и СР-3 представлена в табл. 15.

рис. 2, б. Выводы от стоек подключают соответственно к клеммам искробезопасного измерителя деформации ИИД-3.

П о р я д о к у с т а н о в к и и р а б о т ы с о с т о й к а м и

Стойка устанавливается в шпур 11 (рис. 2, а) диаметром 32 мм и больше. Сначала вводят в шпур и надежно закрепляют в нем верхний распорный репер 9 конструкции ИГД СО РАН, имеющий устройство двойного клина. Затем подают в шпур реостатную стойку и с помощью замка верхнего наконечника 3 соединяют жестко наружную телескопическую трубу 1 с репером 9. После этого вводят в шпур нижний распорный репер РР-1 10, соединяют его при помощи нижнего наконечника 4 с резьбой внут-

92

ренней телескопической трубой 2 стойки и надежно закрепляют в шпуре. Длина распорных реперов РР-1 100 мм.

Смещение и расслоение в интервале между реперами 9 и 10 определяются по величине перемещения внутренней телескопической трубы 2 относительно наружной трубы 1. О величине перемещения труб судят по показаниям шкалы реохорда и ступенчатых переключений прибора ИИД-3. От стойки в выработку к месту производства замеров выводятся электрические провода 12, которые при каждом очередном замере смещения пород присоединяются к клеммам прибора ИИД-3.

В случае необходимости определения смещения и расслоения пород сравнительно большой толщи вокруг выработок в одном шпуре устанавливается до 5–6 реостатных стоек, причем все выводными проводами вниз. Все стойки устанавливают в описанном порядке.

Большим достоинством реостатных стоек типа CР является возможность измерения с их помощью смещения и расслоения пород дистанционно.

Р е п е р ы к о н т у р н ы е и г л у б и н н ы е . Совместно с приборами для измерения смещений пород на контуре сооружения применяют контурные реперы (обычно длиной до 0,3–0,4 м в зависимости от устойчивости пород), которые устанавливают и надежно закрепляют в шпурах длиной несколько меньшей длины репера, глубинные реперы – для измерения смещений и расслоений пород массива на различном удалении от контура сооружения (обычно до 6–8 м). Реперы служат опорными точками для определения смещений пород в выработке в одних и тех же местах на протяжении всего времени наблюдений.

Студенты знакомятся с различными конструкциями контурных и глубинных реперов, порядком их установки и закрепления в шпурах.

На рис. 3 показаны характерные схемы установки контурных и глубинных реперов в кровле, почве и боках горных выработок.

93

Рис. 3. Схема установки реперов в горной выработке: а – контурных; б – глубинных

Согласно СНиП II–94–80 в выработках, пройденных по простиранию при углах падения пород от 20º до 50º, кроме смещений в вертикальном и горизонтальном направлении необходимо определять смещения по нормали к напластованию Uн по формуле

Uн = Uк /cos α,

где Uк – смещения со стороны кровли выработки; α – угол залегания пород.

О ф о р м л е н и е л а б о р а т о р н о й р а б о т ы

Работа должна содержать:

схему устройства каждого изученного прибора;

краткое описание принципа работы приборов;

схему установки контурных и глубинных реперов в кровле, почве и боках подземной выработки (желательно арочного или прямоугольного поперечного сечения);

описание основных достоинств и недостатков приборов;

предложения по совершенствованию изученных при-

боров.

94

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Цель лабораторной работы.

2.Назовите приборы и устройства для измерения смещений

пород.

3.С какой целью изучается смещение пород в подземных сооружениях?

4.Объясните устройство универсальной стойки СУ-II.

5.Как измеряется смещение пород стойкой СУ-II?

6.В чем заключается принцип действия измерительных стоек СР-2 и СР-3?

7.Объясните устройство стойки СР-3.

8.Как измеряется смещение и расслоение пород стойками СР-2 и СР-3?

9.Объясните назначение контурных и глубинных реперов при определении смещений пород.

10.Покажите на схемах, как устанавливаются и закрепляются контурные и глубинные реперы в шпурах.

11.Для решения каких задач необходимо знать величины и скорости смещений пород в подземных сооружениях?

12.В чем заключается разница между абсолютными и относительными смещениями пород в подземных сооружениях?

13.Объясните, на какие категории устойчивости делятся по СНиП II–94–80 породы по величине смещения в горизонтальных

инаклонных выработках.

14.При каких углах залегания пород в выработках, пройденных по простиранию, кроме смещений в вертикальном и горизонтальном направлениях, необходимо по требованию СНиП II–94–80 определять смещения пород по нормали к напластованию пород и почему?

15.Назовите основные достоинства и недостатки изученных приборов для измерения смещений пород.

16.Возможна ли оценка устойчивости горной выработки по величине смещения пород вокруг нее?

17.Ваши предложения по совершенствованию изученных приборов.

95

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 7

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПРИНЦИПА РАБОТЫ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗКИ НА РАМНЫЕ И СПЛОШНЫЕ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Ц е л ь р а б о т ы – изучение конструкции, принципа работы, порядок установки и порядок тарировки:

механических стоечных динамометров МСД-30 и МСД-50 конструкции ИГД им. А. А. Скочинского;

электрических динамометров ЭД-5 и ЭД-10 конструкции ИГД СО РАН;

динамометрической арочной крепи ДАК конструкции КузНИИшахтостроя;

динамометрической тюбинговой крепи ДТК конструкции КузНИИшахтостроя.

Ис х о д н ы е п о л о ж е н и я

Врезультате взаимодействия крепи (обделки) подземного сооружения и окружающего породного массива формируется нагрузка на крепь сооружения. Крепь является элементом единой деформируемой системы «крепь-массив».

П о д н а г р у з к о й н а к р е п ь п о д з е м н о г о с о -

о р у ж е н и я п о н и м а ю т силы, обусловленные весом вышележащей толщи массива горных пород в пределах возможного вывала. Основными видами силовых воздействий, которым подвергается система «крепь-массив», являются следующие: собственный вес горных пород (гравитационные силы или силы тяжести), тектоническое поле начальных напряжений, гидростатическое давление подземных вод, сейсмические воздействия землетрясений и взрывов ВВ при ведении горных работ (главным образом воздействия массовых взрывов).

Совокупность сил, действующих в массиве пород и формирующих его напряженное состояние, называется горным давлением. В настоящее время под горным давлением чаще всего понимается давление вышележащей толщи как причина деформа-

96

ций, смещений и разрушения пород вокруг выработок (сооружений) в процессе их строительства и эксплуатации.

Для проверки и уточнения результатов определения нагрузок на крепи аналитическими методами зачастую производят замеры нагрузок на крепи в производственных условиях, т.е. непосредственно в горных выработках, подземных сооружениях.

Для замера нагрузок на крепь горных выработок применяют специальные приборы, называемые динамометрами. Имеется много различных конструкций динамометров, которые по принципу действия могут быть отнесены к четырем группам: механические, гидравлические, электрические, индуктивные.

Замеры нагрузок на крепи производят на характерных участках выработок (в основном длиной 40–50 м), называемых наблюдательными станциями. На них кроме замеров нагрузок на крепь обычно определяют смещение пород путем закладки контурных и глубинных реперов.

Д и н а м о м е т р ы М С Д - 3 0 и М С Д - 5 0 (рис. 1) пред-

назначены для измерения нагрузок на деревянные, металлические и железобетонные рамные крепи горных выработок. Кроме того, они используются в качестве измерительных средств в динамических крепях. Они устанавливаются обычно под стойки и верхняки крепи.

Механический стоечный динамометр состоит из металлической опоры 6, соединительного кольца 5 и крышки 1. На опору устанавливается пружина 4, на ней располагается мембрана 3, которая имеет регулировочный винт 7. К крыше крепится рычаг 2 одним концом, а второй конец свободно выводится в отверстие крышки, на который устанавливается индикаторный измеритель часового типа ИИ-2У 8.

Принцип действия динамометров основан на измерении упругих деформаций чувствительного элемента, возникающих под влиянием приложенных усилий. Деформации чувствительного элемента измеряют индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. В качестве чувствительного элемента динамометров используется мембрана, прогиб которой зависит от величины прикладываемого усилия:

P = f(h),

97

где Р – прикладываемое усилие; f – некоторая функциональная зависимость; h – величина прогиба мембраны.

5

3

Рис. 1. Конструкция механического стоечного динамометра МСД

Величина прогиба мембраны увеличивается в несколько раз с помощью рычага и фиксируется индикаторным измерителем ИИ-2У или самописцем, для которых в динамометре предусмотрено специальное гнездо с колпачком.

Динамометр МСД-30 рассчитан на предельную измеряемую силу 300 кН (30 тс), динамометр МСД-50 – 500 кН (50 тс). Масса динамометра МСД-30 – 7,8 кг, динамометра МСД-50 – 9,5 кг.

Э л е к т р и ч е с к и е д и н а м о м е т р ы Э Д - 5 и Э Д - 1 0

(рис. 2) предназначены для дистанционного измерения нагрузки на рамные, монолитные бетонные и сборные железобетонные крепи подземных сооружений. Кроме того, они могут быть применены в динамометрических крепях, встроены в элементы крепи с помощью динамометрических муфт, опорных площадок и др.

98

Динамометры рассчитаны на работу с искробезопасным измерителем деформации ИИД-3. Динамометры (рис. 2) состоят из цилиндрического корпуса 1 и полусферической крышки 2. В корпус встроена прямоугольная мембрана 3 с наклеенными на нее тензодатчиками 4. На мембрану опирается шарик 5, вставленный в крышку. Крышка и корпус могут перемещаться относительно друг друга. При изменении нагрузки шарик давит на мембрану и деформирует ее. Деформация мембраны вызывает изменение сопротивления проволочных датчиков, которое фиксирует измеритель деформации ИИД-3. По показаниям прибора ИИД-3 и тарировочным графикам определяется величина нагрузки. Техническая характеристика представлена в табл. 16.

5

2

3

4

1

Рис. 2. Конструкция электрического динамометра ЭД-5, ЭД-10

Тарировка приборов МСД-30, МСД-50, ЭД-5 и ЭД-10

Динамометры ЭД-5 и ЭД-10 тарируются на гидравлическом прессе П-10, динамометры МСД-30 и МСД-50 – на гидравличе-

99

ском прессе П-50. Перед началом тарировки приборов необходимо проверить их исправность и правильность сборки.

Таблица 16

Технические характеристики электрических динамометров ЭД-5 и ЭД-10

Для измерения хода рычага динамометров МСД-30 и МСД50 при их нагружении используется индикаторный измеритель ИИ-2У часового типа, который перед началом тарировки динамометра вставляется в специальное отверстие корпуса динамометра. Нагрузки на электрические динамометры ЭД-5 и ЭД-10 регистрируются искробезопасным измерителем деформации ИИД-3, к которому они подключаются.

После сборки и подготовки динамометра и регистрирующего прибора (устройства для тарировки) динамометр устанавливают в центре опорной плиты пресса. Перед началом нагружения динамометра записывают показание индикатора ИИ-2У, искробезопасного измерителя деформации ИИД-3.

Затем приводят в действие пресс и нагружают динамометр со скоростью 1–2 кН в секунду. Выбранную скорость нагружения сохраняют до окончания тарировки прибора.

Каждый динамометр тарируют в интервале усилий от нуля до предельной величины нагрузки, указанной в его технической характеристике. В этом интервале усилий динамометр равномерно нагружают и разгружают один-два раза. При каждом полном цикле нагрузки и разгрузки снимают показания со шкалы прибора или устройства в следующих интервалах усилий:

100

динамометра ЭД-5 – через 8–10 кН, считая от нулевого деления шкалы пресса;

динамометра ЭД-10 – через 20–30 кН;

динамометра МСД-30 и МСД-50 – через 30–50 кН. Показания измерителей ИИ-2У и ИИД-3 и соответствующие

им величины нагрузок записывают в табл. 18, 19.

Искробезопасный измеритель деформации ИИД -3

Прибор предназначен для регистрации показаний проволочных и полупроводниковых тензодатчиков в условиях, опасных по газу и пыли, при выполнении работ, связанных с измерением смещений горных пород, нагрузок на крепи и элементы конструкции горных машин и механизмов. Техническая характеристика прибора ИИД-3 представлена в табл. 17.

Прибор работает по нулевому методу измерения сопротивления. Вход прибора рассчитан на подключение датчиков, соединенных по мостовой или полумостовой схеме непосредственно или через переключатель датчиков шахтный ПДШ-15, позволяющий последовательно снимать отсчеты с 15 подключенных датчиков (электрических динамометров типа ЭД, реостатных стоек типа CР и др.).