Расчет толщины крепи по участкам ствола

Давление на крепь ствола Расчет толщины крепи по участкам ствола Определяем смещение пород кровли, почвы, боков

46958

знаков

таблицы

250

изображений

Давление на крепь ствола Читать далее: Определяем смещение пород кровли, почвы, боков

2.4. Расчет толщины крепи по участкам ствола

Расчет толщины монолитной бетонной и набрызг-бетонной крепи вертикальной выработки ,мм, следует производить по формуле

(2.18)

радиус вертикальной выработки в свету, 3.0м;

коэффициент условий работы крепи, 1,25;

коэффициенты, учитывающие длительную нагрузку, условие для нарастания прочности и температурные колебания, принимаемые в соответствии с главой СниП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций;

расчетное сопротивление бетона сжатию, принимаемое в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, кПа (тс/м²);

коэффициент концентрации напряжений в конструкции крепи, принимаемый равным 1,0- на протяженных участках ствола, в районе сопряжения, гдерасстояние от узла сопряжения до рассматриваемого сечения, м;

горизонтальное давление в кПа (тс/м²), определяемое как суммарное от давления пород и подземных вод ;

толщина породобетонной оболочки, образующейся за счет проникновения бетона в окружающие нарушенные породы: для набрызгбетона принимается равной 50мм, для остальных типов крепи –равной нулю.

2.5 Пример расчета

Исходные данные:

Абсолютная отметка устья ствола 70,2м

Абсолютная отметка горизонта -70,0м

Глубина ствола от поверхности 140,2м

Глубина зумпфа 7,0м

Полная глубина ствола, включая зумпф 147,2м

Диаметр ствола в свету 6,0м

Площадь ствола в свету 23,8м²

Вид крепи ствола бетон

Мощность наносов 20м

Угол залегания пород 33⁰

Ствол охраняется по всем Правилам охраны. Предусматривается совмещенная схема проходки.

При проходке ствола встречаются следующие породы:

Наносы-20м-суглинки, супеси, глины.

Коренные породы. Ствол пересекает слаботрещиноватую толщу пород с углом падения 33⁰, состоящую из переслаивающихся алевролитов, аргиллитов, песчаников мощностью от 0,3 до 5,3 метра. Физико-механические свойства пород сведены в таблицу 2.1. Преобладающими являются слои аргиллитов и .

До глубины Н=75м ствол пересекает три угольных платса 11,10, 9. На глубине Н=95м ствол в алевролитах встречает водоносный горизонт с напором . Мощность водоносной толщи 12м с коэффициентом пьезопроводности , коэффициент фильтрации пород , , , . На глубине Н=110м ствол пересекает угольный пласт 8. На глубине Н=140,2м закладывается сопряжение с околоствольным двором. Песчаник, .

Таблица 2.1

Физико-механическая характеристика вмещающих пород и угля.

Показатели	Ед. Изм.	Исходные данные
Показатели	Ед. Изм.	Аргиллит	Алевролит	Песчаник	Уголь
Прочность на сжатие	кг/см²	76-380 201	60-530 277	150-560 368	17,8-25,3 20
Прочность на разрыв	кг/см²	8-79 35	11-59 41	27-137 55
Коэффициент крепости ***		2.0-9.4 3.5	2.2-8.9 5.8	2.1-3.5 4.7	1.5-1.8 1.6
Влажность	%	5.3	4.3	3.8	1.5
Пористость	%	12.6	13.2	12,7	10,0
Объемный вес	т/м³	2,35	2,35	2,37	1,49
Водопоглощение		9,4	8,0	9,9	1,53

*** -коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова

Решение.

Согласно анализу геологической, гидрогеологической и горнотехнической обстановки, проектируемый шахтный ствол не испытывает воздействия очистных работ, поэтому ствол считается вне зоны вредного воздействия работ и расчеты ожидаемых деформаций не производятся.

Расчет толщины крепи устья ствола.

Определяем расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород , кПа (тс/м²), на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых породах наносов при 1,3; 2,9; 3,0м; 8^о; 20м; кН/м³. Породы наносов насыщены водой. Коэффициент пористости наносов . Вместо рассчитываем поправку в формулу

На поверхности отсутствует дополнительная пригрузка от зданий и сооружений , так как они отстоят от контура ствола на расстоянии более .

Части устьев стволов, расположенные в сезонно оттаивающих породах и подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии должны крепиться минимальной проектной маркой бетона М300. Расчетная толщина крепи из монолитного бетона марки М300 равна

Принимаем толщину крепи в наносах равную 300мм.

2. Расчет толщины крепи ствола на участке

. По формуле (7) [1] осуществляется расчет устойчивости обнажений пород на этом участке ствола. Ствол пересекает на этом участке три угольных пласта 11, 10 и 9. Преобладающие породы на участке аргиллиты.. Согласно формуле (2)[1]

Входящие в формулу (7) коэффициенты имеют для данного участка следующие значения:

Породы устойчивые и относятся к I категории устойчивости пород. В породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи назначается без расчета по табл.3[1] .

Произведем дополнительный расчет участка по угольным пластам

Входящие в формулу (7) коэффициенты имеют для данного участка следующие значения:

3. Расчет толщины крепи ствола на обводненном участке

Так как необходим расчет давления подземных вод

При расчете горизонтального давления обводненных пород вместо коэффициента следует принимать коэффициент

Толщина бетонной крепи из марки М200 равна

Принимаем . Произведем проверку остаточного водопритока в ствол в результате возможной фильтрации воды через крепь

, что не превышает допустимого водопритока в ствол

4. Расчет толщины крепи ствола на участке Ствол на этом участке пересекает угольный пласт 8, .

Входящие в формулу (7) коэффициенты имеют для данного участка следующие значения:

5. Расчет толщины крепи ствола на участке сопряжения

Проектом предусмотрено, что на глубине 140,2м закладывается сопряжение с околоствольными выработками.

при

Расчетная толщина крепи из монолитного бетона марки М200 по формуле (18) [1] равна для

Толщина крепи из бетона марки М200 по формуле (18) [1] равна для

Расчетная толщина крепи должна быть не менее величин, указанных в таблице 3[1]. Окончательно принимаем толщину крепи ствола на сопряжении

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

диаметр ствола в свету, 6,0м;

максимальная длина спускаемого в шахту материала, рельсы 8,0м

высота сопряжения околоствольного двора со стволом, м

Угол , при котором предмет длиной может пройти из ствола в околоствольный двор при минимальной высоте сопряжения, будет равен 45, тогда . 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 . Окончательно высота сопряжения

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.

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 S_св=13,4м², в проходке S_пр=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

Расчет параметров крепления 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):

(3.1)

минимальный зазор между крепью и конвейером , 400мм

ширина вагонетки на уровне верхней кромки, 1320 мм;

минимальный зазор между вагонеткой и конвейером , 400мм

ширина конвейера 2Л120, 1630мм

700мм- минимальная ширина свободного прохода людей на высоте 1800мм (на уровне верхней кромки подвижного состава)

(3.2)

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

высота подвижного состава от уровня головки рельсов;

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

10-20 - угол перехода прямой части стойки в кривую.

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

(3.3)

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

толщина одинарной затяжки

горизонтальное сдвижение пород бока выработки на уровне балластного слоя

По полученным результатам ширины выработки подбираем типовое сечение. Нашим условиям удовлетворяет выработка сечением в проходкеS_пр=15,9м², сечением в свету до осадки S_св=15,5м², с балластом после осадки S_св=13,4м² (см. лист 189 «Унифицированные типовые сечения горных выработок»^.).

Определяем площадь проходки по углю и породе

(3.4)

мощность угля, 1,2м;

ширина выработки в проходке, 5,67м;

угол падения пласта, 16.

площадь сечения выработки в проходке, 17,9м²

(3.5)

Определение расчетной плотности пород

Расчетное сопротивление сжатию слоев пород в массиве определяют с учетом нарушенности массива по формуле

(3.6)

среднее значение сопротивления пород одноосному сжатию;

коэффициент, учитывающий нарушенность массива, определяется по таблице 1[3].

Расчетное сопротивление пород сжатию определяют с учетом вмещающих пород выработку слоев (пластов), залегающих на расстоянии от контура сечения выработки в кровле , в почве (ширина выработки, м), а в боках при пологом и наклонном падении по высоте выработки.

Усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию

(3.7)

расчетное сопротивление слоев пород;

мощность слоев пород,м.

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]:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

смещение пород, определяемые по графикам рис.2[3] в зависимости от расчетного значения пород кровли, почвы или каждого из боков и глубины расположения выработки ;

коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки относительно напластования пород, определяемый по табл. 2[3];

коэффициент, характеризующий влияние направления смещения пород, по табл.2[3];

коэффициент влияния ширины выработки, определяемый для кровли и почвы , для боков , где и соответственно ширина и высота выработки в проходке, м;

коэффициент воздействия других выработок, , если расстояние между параллельными выработками исключает их взаимное влияние.

(3.11)

расстояние между параллельными выработками, исключающее их взаимное влияние, м;

суммарная ширина взаимовлияющих выработок в проходке, м;

коэффициент, определяемый по таблице 3[3]

коэффициент влияния времени на смещение пород

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)

(3.12)

(3.13)

нормативная удельная нагрузка, определяемая по табл. 4[3] в зависимости от смещений пород и ширины выработки в проходке.

Для незамкнутой крепи 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 () определяют интерполяцией ближайших значений.

коэффициент перегрузки и степень надежности, для подготавливающих выработок -1.0; для вскрывающих выработок по табл.5[3];

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 установки рам металлической податливой, железобетонной податливой, смешанной и деревянной крепей на 1 м длины выработки находят делением расчетной нагрузки на сопротивление одной рамы крепи

(3.14)

расчетная нагрузка, кН/м

сопротивление одной рамы крепи в податливом режиме в зависимости от вида соединительных узлов.

Паспортную плотность установки крепи принимают по ближайшему значению 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 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.

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

(3.15)

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

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

при установке в выработке основной крепи и средств ее усиления

при одновременной установке рамной и анкерной крепи

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