В результате расчетов, выполненных по методам, изложенным в предыдущих статьях, были приняты для моделирования следующие параметры крепи камеры:

временная крепь свода — железобетонные анкера глубиной 3,3—4,0 м с шагом 1,3 X 1,3 м, диаметр штанги анкера 28 мм и набрызгбетон толщиной 7—10 см по породе или по металлической сетке;

постоянная крепь свода — железобетон марки 250 толщиной в замке 70 см, в пятах 120 см;

крепь стен — предварительно-напряженные анкера длиной до 10 м, с шагом 4 X 4 м, с усилием натяжения до 100 тс и обычные железобетонные анкеры глубиной 2 м, с шагом 2 X 2 м, диаметром 28 мм; толщина покрытия из набрызгбетона до 10 см.

Статические исследования на моделях из эквивалентных материалов. При моделировании соблюдались следующие условия подобия моделей натуре:

геометрическое подобие — единство выбранного масштаба длин т1 для всех элементов модели, включая шаг структурных трещин, размеры крепей;

для всех существенных в данной задаче физико-механических показателей — единство масштаба, равенство друг другу безразмерных величин на модели и в натуре, а также соблюдение масштаба сосредоточенных сил:

подобие начального состояния — разработка камеры ведется при естественном напряженном состоянии массива;

подобие граничных условий — жесткое опирание нижней грани, загружение боковых поверхностей и защемление торцовых граней (перпендикулярных продольной осп камеры) модели, а также соблюдение расстояний от контура выработки до границ модели не менее трех пролетов камеры.

На моделях воспроизводили три системы слоев и трещин в горном массиве: напластование S, крупные трещины К и тектонические нарушения St. Напластование создавалось при изготовлении модели заливкой материала-эквивалента в стенд слоями, соответствующими в масштабе nii мощности пласта между сплошными контактными трещинами заданной ориентации. Между слоями укладывали материал, эквивалентный заполнителю трещин по параметрам сдвига. Систему трещин К — замкнутых и сплошных — моделировали соответствующей насечкой слоев материала-эквивалента в процессе схватывания. Шаг трещин соблюдался в масштабе raz. Зона тектони-ческих нарушений St выполнялась в виде плоских прослоев, отвечающих натуре с точки зрения пространственной ориентации, мощности и параметров сдвига материала, эквивалентного заполнителю этих зон.

При подборе материала, эквивалентного горной породе, рассматривали восемь вариантов исходного состава смеси для гипсобетона. Испытывали по 12 образцов каждого состава.

В результате был принят состав, содержащий гипс, песок, воду и поливинилацетатную эмульсию в весовой пропорции соответственно 1:1:1: 0,25. Материал этого состава характеризуется отношением модуля упругости к пределу прочности при сжатии 325— 365, что отвечает заданным в натуре величинам 335—375. При дополнительных испытаниях стандартных образцов на сжатие и разрыв (всего 72 образца) были уточнены физико-механические характеристики материала принятого состава.

Образцы материала-эквивалента испытывали также в камере Кармана при трехосном сжатии для сопоставления с результатами испытания образцов породы по аналогичной методике. Всего было испытано 12 образцов материала в виде цилиндров диаметром 41 мм и высотой 60 мм. Результаты свидетельствуют об удовлетворительном совпадении характеристик материала-эквивалента с натурными данными.

При выборе материала, эквивалентного заполнителю тектонических нарушений St по заданным параметрам сдвига, рассматривали парафин, солидол, кальку, слюду и смесь солидола с песком. Образцы гипсобетона с прокладками из указанных материалов испытывали в стандартном приборе для полевых испытаний грунта на сдвиг. В результате для моделирования заполнителя тектонических нарушений был выбран парафин, удовлетворительно отвечающий характеристикам сдвига в натуре: сцепление по контакту с гипсобетоном близко к нулю, угол внутреннего трения около 30°. Аналогично проверяли характеристики сдвига по трещинам напластования системы S, которые моделировали с прокладками кальки, и по трещинам системы К, которые моделировали насечкой слоев гипсобетона в процессе заливки. Расхождения параметров сдвига с заданными в принятых вариантах не превышали ±20%.

Облако