Шахта Интинская. Расчеты параметров устойчивости пород и крепления выработки
значения: [pic] [pic] [pic]
[pic][pic]
Породы устойчивые и относятся к I категории устойчивости пород. В
породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи назначается без
расчета по табл.3[1] [pic].
5. Расчет толщины крепи ствола на участке сопряжения [pic]
Проектом предусмотрено, что на глубине 140,2м закладывается сопряжение
с околоствольными выработками. [pic]
[pic][pic]
при [pic] [pic]
при [pic] [pic]
[pic]
[pic]при [pic] [pic]
[pic]
[pic]при [pic] [pic]
[pic]
Расчетная толщина крепи из монолитного бетона марки М200 по формуле
(18) [1] равна для [pic]
[pic]
Толщина крепи из бетона марки М200 по формуле (18) [1] равна для [pic]
[pic]
Расчетная толщина крепи должна быть не менее величин, указанных в
таблице 3[1]. Окончательно принимаем толщину крепи ствола на сопряжении
[pic]
2.6 Выбор толщины крепи для ствола
Выбор толщины крепи для проектируемого ствола сведены в таблицу 2.2
Таблица 2.2
|Глубина заложения, м |Марка бетона|Толщина крепи, |
| | |мм |
|Наносы-20м |М300 |300 |
|От наносов до 83 |М200 |200 |
| 83 - 95(водоносный горизонт 12м) |М200 |350 |
| 95 - 120 |М200 |200 |
| 120 – 140,2 (сопряжение) |М200 |250 |
|Зумпф |М200 |250 |
2.7 Камера сопряжения околоствольного двора с клетевым стволом
Околоствольный двор в месте его сопряжения с клетевым стволом должен
обеспечивать безопасность, удобство работ по замене груженых вагонеток на
порожние, по спуску и подъему людей, приемке материалов и оборудования, а
также пропуск воздуха для проветривания горных работ с минимальным его
сопротивлением.
Высота сопряжения принимается в зависимости от размеров доставляемых в
шахту различных материалов и оборудования (длинномерных материалов- рельсов
и труб и т.п.). Высоту сопряжения околоствольного двора со стволом можно
определить
[pic] [pic]
[pic]диаметр ствола в свету, 6,0м;
[pic]максимальная длина спускаемого в шахту материала, рельсы 8,0м
[pic]высота сопряжения околоствольного двора со стволом, м
Угол [pic], при котором предмет длиной[pic] может пройти из ствола в
околоствольный двор при минимальной высоте сопряжения, будет равен 45(,
тогда [pic]. В стволах круглого сечения длинная ось клети не совпадает с
диаметром, а проходит по некоторой хорде, длину которой с достаточной для
расчетов точностью можно принять равной [pic]. Окончательно высота
сопряжения
[pic]
Высота сопряжения околоствольного двора со стволом принимается не менее
4500мм от головок рельсов. Ширина выработки, сопрягающейся со стволом
принимается равной диаметру ствола. Ширину между путья в сопряжении
околоствольного двора с клетевым стволом следует принимать равной растоянию
между осями клетей, а проходы с каждой стороны по 1000мм п.3.16, 3.17(((.
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
|