Шахта Интинская. Расчеты параметров устойчивости пород и крепления выработки

Форма сопряжения кровли выработки со стволом может быть наклонной или

прямолинейной. Наклонное сопряжение кровли обеспечивает более плавный выход

струи воздуха из ствола в околоствольный двор, что частично снижает

аэродинамическое сопротивление.

Крепь сопряжения, принимают из железобетона с большим насыщением

арматуры и часто усиливают дополнительно анкерной крепью с металлической

сеткой. Почву сопряжения также закрепляют бетоном. В стволе выше сопряжения

закладывают опорный венец и устраивают водоулавливающее кольцо.

3. Расчет параметров крепления выработки шахты

Форму поперечного сечения выработки следует выбирать в зависимости от

устойчивости пород, срока службы и назначения выработки. В устойчивых

породах следует принимать выработку сводчатой формы с вертикальными

стенками.

Расчет ожидаемых смещений пород в кровле, боках и почве выработки с

учетом влияния геологических и горнотехнических факторов произведен в

соответствии с «Инструкцией по выбору рамной металлической податливой крепи

горных выработок». По величине максимальных смещений пород на контуре

выработки методика расчета позволит определить нормативную и расчетную

нагрузки на крепь, выбрать ее тип, конструкцию и с учетом несущей

способности одной рамы крепи рассчитать плотность ее установки.

1 Краткая характеристика условий проведения горизонтальной выработки

Выработка проводится по простиранию пласта 9 на глубине 140м

(откаточный горизонт –70м) с присечкой вмещающих пород:аргиллитов,

алевролитов и песчаников. Срок службы выработки 20 лет. Проектируемый

магистральный конвейерный штрек предназначен для транспорта угля с уклонных

полей 2 и 3 пластов 11, 10 до наклонного конвейерного ствола. По выработке

проложен рельсовый путь ДКНЛ колеи 900мм для доставки материалов и

оборудования для ремонта конвейера (привода, лента), установленного в

выработке и элементов крепи. Выработка пройдена комбайном. Сечение

выработки в свету до осадки 15,5м2, после осадки с балластом Sсв=13,4м2, в

проходке Sпр=17,9м2. Ширина выработки в проходке b=5,67м, высота h=3,79м.

Мощность угольного пласта 9 m9=1,2м. Угол падения пласта (=16(.

Непосредственная кровля пласта 9 среднеустойчивая, представлена

аргиллитами мощностью 3,09м; алевролитом мощностью 2,37м; песчаником

мощностью 4,21м.

Почва пласта 9 представлена алевролитами мощностью 0,54м, аргиллитами

мощностью 1,98м и песчаником мощностью 3,1м.

Характеристика физико-механических вмещающих пород и угля сведены в

таблицу 2.1

2 Расчет параметров крепления

1 Выбор размера поперечного сечения выработки

Поперечное сечение крепи горной выработки определяют следующие факторы:

назначение горной выработки; физико-механические свойства горных пород и

условия эксплуатации выработки; требования ПБ в части соблюдения

минимальных размеров сечения выработки и зазоров; обеспечение безопасности

работ; параметры и размеры оборудования, размещаемого в выработке; срок

службы горной выработки; наличие унифицированного типового сечения крепи,

разработанного институтами для данного угольного бассейна.

Наибольшее распространение на шахтах Инты получила арочная форма

выработок. В угольной промышленности арочную форму с металлической рамной

крепью применяют при проведении выработок в породах с f = 3 - 9, как

находящихся в зоне установившегося горного давления, так и в зоне влияния

очистных работ. Арочная трехзвенная крепь может быть применена в

выработках, смещение кровли в которых не превышает 300мм, пятизвенная – при

смещении кровли более 500мм.

На основании исходных данных принимаем: симметричную металлическую

арочную форму крепи, как наиболее благоприятную по условиям устойчивости,

рационального использования крепи, ее несущей способности и

перераспределения воспринимающих ею нагрузок.

Принимаем для проектируемой выработки комбайновый способ проходки,

следовательно, в выработке необходимо разместить комбайн и транспортное

оборудование для его проведения, при условии сохранения требуемых ПБ

зазоров. Определяем сечение выработки при размещении в ней оборудования и

соблюдения требуемых зазоров в соответствии ПБ.

Размеры поперечного сечения выработки (ширина, высота и площадь) зависят

от ее назначения, основных размеров оборудования, способа передвижения

людей, количества проходящего по выработке воздуха. При проектировании

поперечного сечения выработки в свету необходимо учитывать запас на

возможные осадки пород, зависящий от условий ее поддержания и мощности

пласта m. Ширина магистрального конвейерного штрека, закрепленного арочной

крепью на высоте подвижного состава (1800мм):

[pic]

(3.1)

[pic] минимальный зазор между крепью и конвейером , 400мм

[pic]ширина вагонетки на уровне верхней кромки, 1320 мм;

[pic]минимальный зазор между вагонеткой и конвейером , 400мм

[pic]ширина конвейера 2Л120, 1630мм

[pic]700мм- минимальная ширина свободного прохода людей на высоте 1800мм

(на уровне верхней кромки подвижного состава)

[pic]

(3.2)

0,7м- ширина прохода для людей на высоте 1,8м от уровня балласта;

[pic]высота подвижного состава от уровня головки рельсов;

[pic]расстояние от балласта до уровня головки рельсов, при Р33 –190мм;

[pic]10-20( - угол перехода прямой части стойки в кривую.

[pic]

[pic]

(Указанные минимальные значения зазоров относятся к прямолинейным

участкам пути. Чтобы сохранить минимальные размеры поперечного сечения

выработки в свету на весь срок ее службы, необходимо при проведении

выработки увеличить площадь ее сечения, учитывая, что под влиянием горного

давления она уменьшится. В соответствии с этим ширина выработки вчерне на

уровне высоты подвижного состава

[pic]

(3.3)

[pic]

[pic]высота спец.профиля (для СВП-27-123 мм);

[pic]толщина одинарной затяжки

[pic]горизонтальное сдвижение пород бока выработки на уровне балластного

слоя

По полученным результатам ширины выработки подбираем типовое сечение.

Нашим условиям удовлетворяет выработка сечением в проходкеSпр=15,9м2,

сечением в свету до осадки Sсв=15,5м2, с балластом после осадки Sсв=13,4м2

(см. лист 189 «Унифицированные типовые сечения горных выработок».).

Определяем площадь проходки по углю [pic] и породе [pic]

[pic]

(3.4)

[pic]

[pic]мощность угля, 1,2м;

[pic]ширина выработки в проходке, 5,67м;

[pic]угол падения пласта, 16(.

[pic]площадь сечения выработки в проходке, 17,9м2

[pic]

(3.5)

[pic]

2 Определение расчетной плотности пород

Расчетное сопротивление сжатию слоев пород в массиве определяют с

учетом нарушенности массива по формуле

[pic]

(3.6)

[pic]среднее значение сопротивления пород одноосному сжатию;

[pic]коэффициент, учитывающий нарушенность массива, определяется по

таблице 1[3].

Расчетное сопротивление пород сжатию [pic] определяют с учетом

вмещающих пород выработку слоев (пластов), залегающих на расстоянии от

контура сечения выработки в кровле [pic], в почве [pic] ([pic]ширина

выработки, м), а в боках при пологом и наклонном падении по высоте

выработки.

Усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию

[pic]

(3.7)

[pic]расчетное сопротивление слоев пород;

[pic]мощность слоев пород,м.

3 Определение смещений пород на контуре выработки

Смещение пород кровли, почвы, боков в горизонтальных и наклонных

выработках, поддерживаемых вне влияния очистных работ, определяем по

формулам 3[3]:

[pic]

(3.8)

[pic]

(3.9)

[pic]

(3.10)

[pic]смещение пород, определяемые по графикам рис.2[3] в зависимости от

расчетного значения [pic] пород кровли, почвы или каждого из боков

и глубины расположения выработки [pic];

[pic]коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки

выработки относительно напластования пород, определяемый по табл.

2[3];

[pic]коэффициент, характеризующий влияние направления смещения пород,

по табл.2[3];

[pic]коэффициент влияния ширины выработки, определяемый для кровли и

почвы [pic], для боков [pic], где [pic] и [pic] соответственно

ширина и высота выработки в проходке, м;

[pic]коэффициент воздействия других выработок, [pic], если расстояние

между параллельными выработками исключает их взаимное влияние.

[pic]

(3.11)

[pic]расстояние между параллельными выработками, исключающее их

взаимное влияние, м;

[pic]суммарная ширина взаимовлияющих выработок в проходке, м;

[pic]коэффициент, определяемый по таблице 3[3]

[pic]коэффициент влияния времени на смещение пород

4 Определение расчетной нагрузки на рамную податливую крепь

Расчетная нагрузка на рамную податливую крепь на 1 м выработки

определяется по формуле (3.12)- для кровли и почвы; для боков –(3.13)

[pic]

(3.12)

[pic]

(3.13)

[pic]нормативная удельная нагрузка, определяемая по табл. 4[3] в

зависимости от смещений пород и ширины выработки в проходке.

Для незамкнутой крепи [pic] находят по смещениям пород кровли, для

замкнутой с обратным сводом по наибольшей величине смещений пород из

кровли, почвы или боков. Промежуточные величины в табл. 4 ([pic] [pic]

[pic]) определяют интерполяцией ближайших значений.

[pic]коэффициент перегрузки и степень надежности, для подготавливающих

выработок -1.0; для вскрывающих выработок по табл.5[3];

[pic]коэффициент влияния способа проведения выработки, при проведении

выработки комбайновым способом принимается по табл. 6[3]; при

буровзрывном, смешанным, а также при проведении выработки по

обрушенным породам выработанного пространства любым способом –

равным 1,0

3.3 Выбор плотности установки крепи

Плотность [pic] установки рам металлической податливой, железобетонной

податливой, смешанной и деревянной крепей на 1 м длины выработки находят

делением расчетной нагрузки [pic] на сопротивление одной рамы крепи [pic]

[pic]

(3.14)

[pic]расчетная нагрузка, кН/м

[pic]сопротивление одной рамы крепи в податливом режиме в зависимости

от вида соединительных узлов.

Паспортную плотность установки крепи принимают по ближайшему значению

[pic] в ряду: 0,8; 1,0; 1,1; 1,25; 1,33; 1,43; 1,67; 2,0; 2,25; 2,5; 2,67;

3,0; 4,0.

Предельной плотностью металлической податливой рамной крепи

рекомендуется считать 3 рамы/м, а деревянной, сборной железобетонной и

смешанной крепей –4 рамы/м. При [pic] рам/м крепь необходимо выбирать с

учетом снижения смещений пород за счет дополнительных мер по активному

управлению горным давление (установка средств усиления крепи,

дополнительное анкерование кровли, тампонаж закрепного пространства,

цементация вмещающих пород, отсечное торпедирование и др.).

Меры по активному управлению горным давлением допустимы при любой

расчетной плотности установки крепи.

1 Выбор металлической крепи по податливости

Металлическую крепь выбирают по податливости в выработках пологих и

наклонных пластов на основании расчетных смещений пород кровли:

При плотности установки крепи принятой в п. 3.2.5 не более 1 рамы/м, ее

податливость принимают из условия

[pic]

(3.15)

[pic]конструктивная податливость крепи, мм (см. в прил.1);

[pic]расчетные смещения пород кровли, мм.

Если плотность установки крепи принятой в п. 3.2.5 превышает 1раму/м, а

также если используют дополнительные средства усиления, то податливость

крепи принимают менее расчетных смещений пород кровли из условия:

при установке в выработке только основной крепи

[pic]

при установке в выработке основной крепи и средств ее усиления

[pic]

при одновременной установке рамной и анкерной крепи

[pic]

[pic]коэффициенты (см. табл. 7, 8, 9), выбираемые в зависимости от

плотности установки рамной крепи, средств усиления или анкерной

крепи.

Проверка деревянной, сборной железобетонной податливой и смешанной

крепей на податливость не производится. При проверке крепи на податливость

допускаются отклонения в величинах смещений пород на 10%.

3.4 Пример расчета

1.Определяем расчетную прочность пород.

Для всех пород принимаем [pic]

Среднее значение сопротивления пород одноосному сжатию

песчаник -[pic]; алевролит -[pic]; аргиллит -[pic];

уголь -[pic]; алевролит -[pic]; аргиллит -[pic];

песчаник [pic]

Выработка сухая, поэтому прочность пород не снижается от воздействия

влаги.

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Расчетное сопротивление пород кровли сжатию составит

[pic]

Расчетное сопротивление пород почвы сжатию составит

[pic]

Расчетное сопротивление пород кровли сжатию в боках выработки составит

[pic]

Средневзвешенное сопротивление пород кровли и почвы сжатию

[pic]

Расчетное сопротивление пород кровли сжатию [pic], почвы [pic], боков

[pic], cредневзвешенное сопротивление [pic].

2. Определяем смещение пород кровли, почвы, боков

[pic] для пластовых горизонтальных и наклонных выработок, проведенных

по простиранию ; [pic]при определении боковых смещений по табл.2[3]; [pic]

и [pic]

[pic]

[pic]

Расстояние между выработками 16м. Определим коэффициент воздействия

[pic]

[pic]

[pic]; [pic] [pic][pic] [pic] (см. рис. 2 при Н=140м и полученных

значениях прочности пород кровли, почвы и боков).

[pic]

[pic]

[pic]

Общие смещения пород кровли и почвы

[pic]

3. Определяем нагрузку на рамную податливую крепь на 1м выработки

[pic]; для вскрывающих выработок по табл.5[3], при [pic] [pic];

выработка проводится комбайном, по табл. 6[3] [pic]

[pic]

Расчетная нагрузка [pic]

4. Крепь выбираем согласноп.14 [3] по прил. 1, исходя из ширины

выработки, при [pic] принимаем арочную крепь КМП-А3 из СВП-27 с замком ЗПК

с сопротивлением в податливом режиме [pic].

5. Плотность [pic] установки рам металлической податливой арочной крепи

[pic]

Принимаем плотность установки 1,0 раму на метр, так как железобетонная

затяжка выпускается на Интинском ЖБИ двух типоразмеров (длиной 750мм и

1000мм), а так же из-за значимости проводимой выработки.

6. Податливость крепи при [pic]выбираем из условия [pic]

конструктивная податливость крепи КМП-А3 из СВП-27 с замками ЗПК-[pic]-

; [pic]

[pic]

Условие выполняется.

Принимаем к установке крепь КМП-А3 из спец.профиля СВП-27.

Металлическая крепь из профиля СВП является универсальной. Ее применяют

в различных горнотехнических условиях для крепления выработок разного

назначения. Такая крепь обеспечивает податливый режим работы, возможность

повторного использования и имеет сравнительно невысокую стоимость.

Немаловажное значение имеет технологичность ее производства на ремонтных

заводах.

Трехзвенная крепь состоит из верхняка и боковых стоек. Верхняк арки

соединяется со стойками при помощи хомутов, обеспечивающих конструктивную

податливость крепи по высоте. Сводчатое очертание крепи позволяет повысить

устойчивость породного контура кровли выработки и улучшает работу самой

конструкции. Податливость крепи позволяет защищать конструкцию от перегруза

в процессе происходящего смещения пород вокруг выработок. Металлические

арки соединяются между собой тремя межрамными стяжками. Межрамное

пространство ограждается от вмещающих пород железобетонными затяжками.

Водоотливная канавка расположена в выработке со стороны прохода людей.

Перекрытие канавки укладывается на одном уровне с балластом. Канавка

принята железобетонной. Расход крепежных материалов приведен в таблице 3.2.

Расход крепежных материалов

Таблица 3.1.

|№№ |Наименование |Расход |Расход |

|пп |материалов | |Sсв=15.5 |

| | |шт/рам |шт/м |кг/м | |

|1 |Стойка из СВП-27 |2 |2.0 |108,0 |216,0 |

|2 |Верхняк из СВП-27 |1 |1.0 |81,0 |81,0 |

|3 |Планка (ЗПК) |7 |7,0 |2,6 |18,2 |

|4 |Скоба |7 |7,0 |1,72 |12,04 |

|5 |Гайка М-24 |14 |14 |0,11 |1,54 |

|6 |Межрамная стяжка |3 |3,0 |3,2 |9,6 |

|7 |Затяжка ж/б |41 |41 |19,0 |779 |

|8 |Распорки, клинья |4 |4 |0,005м3 |0.02м3 |

|9 |Рельсы Р-33 |- |2,0 |24,1 |48,2 |

|10 |Шпалы |1 |1,43 |0,03м3 |0,044м3 |

|11 |Трапы |- |1,43 |0,03м3 |0,044,м3 |

|12 |Противопожарные трубы|- |1,0 |10 |10 |

|13 |Вентиляционные трубы |- |1,0 |1,0 |1,0 |

Список использованной литературы

СниП II-94-80 «Подземные горные выработки».

Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи.

ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. –М.: Стройиздат, 1983.

Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. Изд. 2-е,

перераб. и доп. – СПб, ВНИМИ, 1991.

Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок.

М.: Недра, 1988.

Турчанинов И.А, Иофис М.А. Основы механики горных пород.-Л.:Недра, 1989.

Покровский Н.М. Комплексы подземных горных выработок и сооружений. М.:

Недра, 1987.

Справочник инженера-шахтостроителя. В 2-х томах. Под ред. Седова Б.Я. М.,

Недра, 1972г.

Справочник инженера-шахтостроителя. В 2-х томах. Под редакцией Белого В.В.

М., Недра, 1983г.

Методические указания. Геомеханика. Параметры крепления.

Шехурдин В.К. Задачник по горным работам, проведению и креплению горных

выработок. М., Недра, 1985г.

Смирняков В.В., Вихарев В.И. Технология строительства горных предприятий.

М., Недра, 1989г.

Страницы: 1, 2, 3