ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД НА КОНТУРЕ СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ, ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ КРЕПИ, РАСЧЁТ СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ В СВЕТУ

2. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД НА КОНТУРЕ СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ, ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ СЕЧЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ КРЕПИ, РАСЧЁТ СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ В СВЕТУ

Форму поперечного сечения выработки выбирают в зависимости от свойств горных пород, величины горного давления и его проявления, типа и конструкции крепи, назначения и срока службы выработки, а также способа её проведения. При выборе формы поперечного сечения горной выработки необходимо руководствоваться следующими основными технико-экономическими требованиями: устойчивость породы на контуре сечения, максимум полезной площади сечения, экономичность и удобство эксплуатации. Необходимыми исходными данными для оценки устойчивости контура поперечного сечения являются:

f=18- коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову;

р=2500 кг/куб.м- плотность вышележащей толщи пород;

Н=500- глубина заложения выработки;

m=0,22- коэффициент Пуассона.

До проведения выработки породный массив находится в равновесном состоянии. При проведении выработки равновесное состояние массива горных пород нарушается, поэтому необходимо рассчитать, прочностную характеристику горной породы.

Ориентировочно определяется прочностная характеристика горной породы – предел прочности на одноосное сжатие горных пород, по которым производится выработка:

s_СЖ = f*10⁷ = 18*10⁷

Вычисляется показатель устойчивости контура горной выработки:

П_У = (р*g*Н)/ s_СЖ =(2500*9,81*500)/(18*10⁷) = 0,068

Рекомендации по выбору крепи на основании параметра устойчивости П_у

Тип (материал) крепи в зависимости от величины Пу
³ 0,2	0,15 – 0,2	< 0,15		£ 0,05
		I, II категории трещиноватости	III – V категории трещиноватости
бетон, железобетон, комбинированные крепи	деревянная крепь	Набрызгбетон	анкерная крепь	без крепи (на основании проверочного расчета)

На основании расчетного значения П_у выработка может проходиться с анкерной крепью по кровле

Для боков проектируемой горизонтальной выработки запас прочности рассчитаем по формуле:

n_б = (s_СЖ* К_С *К_∞)/ (р*g*Н*К₁) = (18*10⁷*2,0*0,9)/(2500*9,81*500*3,2) = 8,3

где, s_СЖ - предел прочности горных пород на одноосное сжатие;

К_С- коэффициент структурного ослабления пород, зависящий от степени трещиноватости;

К_∞- коэффициент длительной прочности, учитывающий уменьшение прочности пород во времени при использовании выработок сравнительно непродолжительное время (до 3 лет);

К₁=3,2- коэффициент концентрации напряжений в боках выработки.

Оценка запаса прочности пород в кровле выработки (причём на этом этапе оценок кровля выработки принимается плоской):

n_к = (s_СЖ* К_р *К_С *К_∞)/ (р*g*Н*К₂*λ) = (18*10⁷*0,1*2,0*0,9)/(2500*9,81*500*1*0,282) = 9,4

s_СЖ- растягивающее напряжение, действующее по кровле в наиболее опасном сечении (середина пролета выработки);

К_р- коэффициент, учитывающий соотношение между пределами прочности породы на растяжение и сжатие;

 - коэффициент концентрации напряжений в плоской кровле;

λ - коэффициент бокового давления (горизонтального распора) рассчитывается по значению коэффициента Пуассона:

λ = μ/ (1 – μ) = 0,22/(1-0,22) = 0,282

По расчётной оценке запаса прочности и принимаем прямоугольно-сводчатое сечение проектируемой выработки.

Вывод: проектируемая выработка проходится с прямоугольно-сводчатой формой поперечного сечения и анкерной крепью по кровле.

3. РАСЧЁТ СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ В СВЕТУ

Размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок в свету зависят от её назначения и определяются, исходя из габаритов подвижного состава и располагаемого в выработке оборудования, обеспечение пропуска требуемого количества воздуха, зазоров между выступающими частями подвижного состава и крепью, предусмотренные Правилами безопасности и способа передвижения людей.

В нашем случае мы проектируем горизонтальную выработку прямоугольно-сводчатой формы с анкерной крепью по кровле.

Прямоугольно-сводчатые сечения используются при проходке выработок без крепи или с возведением облегчённых конструкций крепи. Высота свода в сечениях от 2 до 6,8 м² составляет ⅓. ширины выработки.

Площадь поперечного сечения в свету – это площадь по внутреннему контуру установленной в выработке крепи

Расчет сечения выработки

Ширина рассечки

b=b_c+2×c= 0,95+2∙0,3=1,55м

где b_c - ширина скрепера, м;

с- зазор между скрепером и боком выработки, м.

В выработке рассматриваемого типа хождение людей допускается только при неработающей скреперной установке. Таким образом, высота выработки в свету принимается минимальной, т.е. 1,8 м.

Высота свода

Высота рассечки по боку (до пяты свода):

1,8 – минимальная высота выработки по ПБ

Площадь поперечного сечения рассечки в свету:

По рассчитанной площади сечения в свету принимается ближайшее большее из стандартных сечений из табл. 2 (Учебное пособие «Проведение горизонтальных разведочных выработок и камер» Авторы В.И Несмотряев, В.А. Косьянов Москва 2001 г).

Принимается типовое сечение выработки ПС – 2,7

Основные размеры сечения выработки в свету:

Ширина выработки, мм - b = 1550 мм

Высота выработки до пяты свода, мм - h_б = 1320 мм

Высота выработки, мм - h = 1850 мм

Радиус осевой дуги свода, мм - R = 1070 мм

Радиус боковой дуги свода, мм - r = 410 мм

Площадь сечения выработки в свету, м² - S_св = 2,7 м².

Для выработок с анкерной крепью в кровле :

где  – высота выработки по боку с учетом выхода анкеров по кровле в выработку на величину δ=0,05м.

Расчет прочных размеров крепи, составление паспорта крепления

Вследствие малого сечения выработки, незначительного срока службы, горно-геологических условий и имеющихся материалов применяем металлическую распорную анкерную крепь АР-1

Все расчеты прочности закрепления в шпуре анкерной крепи произведены по формулам из справочника «Теория и практика применения анкерной крепи» Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981 г.

где,

 

φ – угол трения пород, 30град

D – диаметр распорной муфты, 32см

h – высота распорной муфты, 30см

σ_сж – предел прочности породы на сжатие

α – половина угла симметричного клина, 2град

р₁ – угол трения стали по стали,0,2град

Необходимая длина анкер L_а в кровле и высота возможного вывала пород выработки находится из выражений:

L_а = b+ L₂ +L₃=0,04+0,35+0,05=0,44м;

.

где L₂ – величина заглубления анкеров за контур возможного вывала пород (принимается равной 0,35 м); L₃ - длина анкера, выступающего за контур выработки, L_к = 0,05 м; а_n = полупролет выработки в проходке, м; h – высота выработки в проходке, м.

 - коэффициент, характеризующий устойчивость боков выработки;

 - коэффициент, характеризующий наклон призмы сползания в боках выработки (принимается по Таблице 12.1. Теория и практика применения анкерной крепи. Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981 г);

φ^б – угол внутреннего трения (сопротивления) пород в боках выработки; К^к – коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в кровле выработки (принимается по Таблице 13.1);

f^к – коэффициент крепости пород в кровле выработок;

К_сж – коэффициент концентрации сжимающих напряжений на контуре выработки, значение которого принимается по табл. 12.2;

γ – средний удельный вес толщ пород, залегающих над выработкой до поверхности, МН/м³; Н – глубина выработки от поверхности, м;

К^б – коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в боках выработки, значение которого принимается по Таблице 12.1;

f^б – коэффициент крепости пород по М.М. Протодъяконову в боках выработки.

Принимаем длину анкера в кровле L_к = 0,5м.

В связи с тем, что ψ<0, анкерование боков выработки не производится.

Площадь кровли, поддерживаемая одним анкером,

где F_к – площадь кровли, поддерживаемая одним анкером, м²;

Р_к – прочность закрепления анкера в шпуре, пробуренном в кровле;

 – коэффициент запаса, учитывающий неравномерность распределения загрузки на анкер и возможность пригрузки со стороны вышележащих слоев, принимается равным 4,5;

α – угол наклона выработки, градус 0⁰

Расстояние между анкером в ряду:

где L_n – шаг установки анкеров по ширине выработки, м;

L_у – расстояние между рядами анкеров, м, принимается 1,4 м

Число анкеров в ряду

,

где L_b=1,33×b=1,33×1,55=2,06м – часть периметра выработки, которая подлежит анкерованию по кровле, м. Где b – ширина выработки вчерне.

Принимается 2 анкера в ряду.

Составление паспорта крепления.

Ширина рассечки в свету:

B = В + 2×m = 950 + 300×2 = 1550мм.

Высота свода рассечки

h_о = b/3 = 1550/3 = 520мм.

Высота рассечки вчерне

h₂ = h + h_o + t = 1320 + 520 + 50 = 1890мм.

Высота стенки рассечки вчерне

h₃ = h + t = 1320 + 50 = 1370мм.

Радиус осевой дуги свода рассечки

R =0,692b× = 0,692×1550≈1070мм.

Радиус боковой дуги свода рассечки

r = 0,69×2×b = 0,692×1550≈410мм.

Площадь поперечного сечения рассечки в свету:

S_св = b(h + 0,26×b) = 1,55×(1,32 + 0,26×1,55)≈2,7м²

Периметр поперечного сечения рассечки в свету:

Р = 2×h + 1,33×b = 2×1,32 + 1,33×1,55=4,7м.

Площадь поперечного сечения рассечки вчерне:

S_вч = b× (h₃ + 0,26×b) = 1,55× (1,37 + 0,26×1,55)=2,75м².

Периметр поперечного сечения рассечки вчерне:

P = 2h× + 1,33×b = 2×1,37 + 1,33×1,55 = 4,8м

Расстояние между анкерами в ряду: b₁ = 1200мм.

Расстояние между рядами анкеров: L = 1,4 м

Глубина шпуров для анкеров: l = 500мм.

Диаметр шпуров под анкеры: Æ= 43мм.

Максимальное отставание анкерной крепи от груди забоя принимается 3 м.

Схема к расчету размеров поперечного сечения при использовании скреперного оборудования в выработке прямоугольно-сводчатой формы сечения.