Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Кафедра будівельних геотехнологій

Методичні вказівки до складання паспорта кріплення горизонтальних та похилих гірничих виробок

Кривий Ріг - 2004

Методичні вказівки до розрахунку і вибору параметрів буровибухового комплексу при проходці горизонтальних виробок для студентів спеціальності : ГГ-7.090307, ГІП, ЗГІП - 7.090301.01, ОПГ, ЗОПГ - 7.090301.05, ГБ, ЗГБ - 7.090303 /сост. Андрєєв Б. М. Нестеренко О. С.- Кривий Ріг: КГРИ, 2004р. - 20 с.

Затверджено на засіданні кафедри будівельних геотехнологій протокол № 7 від 15.04.2004

Розробили: к.т.н. доц. Андрєєв Б. М.

к.т.н. доц. Нестеренко О.С.

Література

1. СНиП П-94-80. Подземные горные выработки. Госстрой СССР. – М. : Стройиздат, 1982. – 31 с.

2. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В, Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. – М.: Недра, 1986. -288 с.

3. Воронин В.С. Набризг-бетонная крепь. – М.: Недра, 1980. – 199 с.

4. Отраслевая инструкция по применению металлических, сборных железобетонных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт. – М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1973. – 106 с.

5 Широков А.П. Теория и практика применения анкерной крепи. – М.: Недра, 1981. -479 с.

6. Гелескул М.Н., Каретников В.Н. Справочник по креплению капитальных и подготовительных выработок. – М.:Недра, 1982. – 479 с.

7. Методические указания по расчету зон неупругих деформаций на основе ЭВМ Кривой Рог: КГРИ, 1983.

₂₈

Проектування кріплення - складова частина проектування підземних гірських виробок. У відповідності з вимогами [І] воно містить у собі:

- визначення характеру прояву гірничого тиску;

- вибір типу кріплення і технології її зведення;

- прогноз зсуву контуру порід і розрахунок навантажень;

- вибір конструктивної схеми кріплення і її розрахунок.

При виборі конструкції і параметрів кріплення варто дотримувати пред'явлені до кріплення особливі вимоги, зв'язані з додатковими впливами на неї динамічних навантажень, агресивних підземних і ґрунтових вод, а також забезпечення водою і газоізоляції виробок.

Метою даного заняття - придбати навички самостійного складання паспорта кріплення гірничої виробки.

Приступаючи до занять за даною темою, студент повинний знати:

а) основні поняття про гірничий тиск навколо горизонтальних виробок ;

б) застосовувані кріпильні матеріали, їхні основні види і терміни служби;

в) вимоги до гірничого кріплення і її класифікацію;

г) конструкції кріплення гірничих виробок;

д) умови застосування окремих видів кріплення і їхні техніко-економічні показники;

е) нормативні рекомендації з вибору типу кріплення;

к) основні нормативні положення з розрахунку кріплення гірничих виробок .

1. ОБГРУНТУВАННЯ ТИПУ КРІПЛЕННЯ

Прогноз характеру прояву гірничого тиску і вибір типу кріплення капітальних горизонтальних і похилих виробок застосовують у залежності від категорії стійкості порід. Відповідно до [І] категорії стійкості порід визначається значенням розрахункових зсувів контуру виробки (табл. 1). Стійкість порід допускається також оцінювати на підставі галузевих рекомендацій за значеннями безрозмірного показника.

₁

Таблиця 1

Катего-рія стійко-сті порід	стан стійкості порід	зсув контуру виробки за вимогами [ І ]		значення безрозмірного показника KK (для умов Кривбассу)	характер прояву гірничого тиску та тип, що рекомендується, кріплення
		осадові породи	Вивержені породи
1	стійкі	до 50	до 20	менше 0,12	Кріплення працює у режимі заданого на вант-аження. Огороджуючи конструкції, із набризг-бетону, штанг, моно-літного бетону та ін., що охороняє виробку від випадкових вывалів порід
2	середньої стійкості	50-200	20-100	0,12-0,3	Режим спільної роботи системами "крепь-порода". Упрочняющие кріпи з набрызг-бетона чи штанг; можливе застосування твердого кріплення (металева ра-мна та ін.), що забезпечує піддатливість за рахунок стиснення
3	хитливі	200-500	100-200	больше 0,3	забутовочного шару і за рахунок технологічної піддатливості контуру Режими спільної системи "кріплення-порода». Рекомендується пода-тливі чи обмежено - податливі кріпи з криволінійним обрисом несучих елементів, та також збірна тюбінгова, блокова, металобетонная, анкерметаллічне кріплен-ня. У ряді випадків ре-комендується змі-цнення порід шляхом тампо-нажу. В умовах наявності обдимання ґрунту (ІV категорії стійкості порід) варто застосовувати за-мкнуті конструкції кріплення.

₂

Розрахунок потреби кріплення

Елементи кріплення	Розмір кріплення для стійок, верхняков, діаметр і довжина для металевої кріплення, типорозмір і профіль	Витрата на 1м виробки	Примітка
Металеві штанги	Ø 22 мм l=1,8 м	12	На гор. 1190 м необхідно мати добовий запас анкерного кріплення
Піщано-цементний суміш,м3	Пісок, цемент	0,11
Набризк-бетона , м3		9,12

Начальник ділянки

Старший геолог ШСУ №2

Ознайомлені

Гірничий майстер Бригадні робітники

1. 1.

2. 2.

₂₇

Характеристика виробки і кріплення

1. Площа поперечного переріза у світлі 47,74 м², начорно 48,96 м².

2. Матеріал і конструкція кріплення - металеві штанги на піщано-цементному розчині, набризкбетону.

3. Характеристика бічних порід, їхня стійкість, міцність, тріщинуватість та ін.

Амфіболіти тріщинуваті, площини тріщин прямолінійні і розсікають породу в різних напрямках. Порода середньої стійкості. У результаті наявності взаємно пересічних тріщин, а також численних кварцових жил схильна до утворення нависаючих блоків породи, схильних до вивалу ( ).

4. Обґрунтування вибору й опису типу і конструкції кріпи на ділянці виробки від ___ до ____. Виходячи з геологічних умов і поводження порід приймаємо тимчасову кріп анкера на піщано-цементному розчині з відстанню між рядами 0,8 м.

5. Додаткові зауваження. Постійна кріп анкера на піщано-цементному розчині з наступним укладанням набризкбетону. 6. Відставання постійної кріпи 20 м з товщиною 60 мм; 10 м з товщиною 30 мм.

7. Відставання тимчасової кріпи 3,0 м.

₂₆

де γ – питома вага породи, кН/м³;

Н – розрахункова глибина розташування виробки, м;

R_сж – межа міцності порід на одноосьове стиснення, кПа;

R_сж= 10⁴ ·f ;

f – коефіцієнт міцності порід за шкалою професора Протод’яконова

Рекомендації за вибором типу кріплення у залежності від категорії стійкості порід приведені у табл. 1.

При остаточному виборі раціонального типу кріплення у кожному конкретному випадку враховуються економічні показники кріплення і підтримки гірничих виробок, термін їхньої служби, гірничотехнічні і геологічні умови застосування та ін.

Розрахункові дані [2], що характеризують економічність кріплення, приведені у додатку. 1.

Вибір ефективних із економічної точки зору кріплення обмежується раціональною областю їхнього застосування.

Набризкбетоном кріплять горизонтальні, похилі і вертикальні (стволи шахт, підняттєві) гірничі виробки і їхні сполучення поза зоною впливу очисних робіт, пройдених у сухих породах з коефіцієнтом міцності f ≥ 3 [3]. Термін служби виробки не обмежений.

Штангове (анкерне) кріплення, як самостійне може застосуватися у капітальних, підготовчих і нарізних виробках, проведених по міцним і середньої міцності (f ≥3) слабообводненним породам при зсуві покрівлі і боків не більш 100 мм [4]. Застосування штангового кріплення у самостійному виді у слабких глинистих, сипучих породах і пливунах, у породах, що володіють здатністю до великих пластичних деформацій, у зонах геологічних порушень, сильно перем'ятих порід і карстових розмивів, при виділенні води з чи покрівлі чи шпурів не допускається. Штангове кріплення може застосовуватися також у якості тимчасового.

Конструкція штанг вибирається у залежності від міцності порід. Металеві розпорні штанги застосовуються при f ≥3 поза

₃

зоною впливу очисних робіт; клиногульові- у породах при 5 ≤ f ≤ 14; штанги, що закріплюються в'язкими складами, - у стійких породах при f ≥3.

У міцних породах f > 8 при відсутності різко вираженої шаруватості і тріщинуватості допустима установка штанг тільки з опорними плитами 150х150х10 мм [5]. У породах меншої міцності та тріщинуватих повинна застосовуватися затягування металевою сіткою, а при великому терміну служби виробки (більш 3 років) - покриття набризкбетону.

Кам'яне і бетонне кріплення застосовують у виробках з великим терміном служби (більш 10 років) при значному опору на кріплення (300... ...500 кН/м²) в умовах сталого гірського тиску в породах з коефіцієнтом міцності f= 1...9 при зсувах до 50 мм [6].

Металеве аркове податливе кріплення призначена для кріплення горизонтальних і похилих (до 30°) одно та двохколійних гірничих виробок з терміном служби 3-10 років [6] в основному при проведенні в слабких та середніх кріпостей породах ( f > 1) та підданих впливу очисних робіт [6]. Аркова трьохланкове кріп- лення може застосовуватися у виробках, зсув покрівлі у який не перевищує 300 мм, п’ятиланкова - при зсуві покрівлі від 300 до 1000 мм.

Дерев'яне кріплення доцільно застосовувати там, де термін служби не перевищує 3 років при помірному тиску порід (50...80 кН/м²) в умовах, коли застосування штангового і набризк-бетон-ного кріплення неможливе[6].

2. РОЗРАХУНОК КРІПЛЕННЯ

2.1. Розрахунок монолітного бетонного кріплення

Кріплення працює у режимі заданого навантаження, що формується у результаті утворення вивалів. Орієнтована товщина бетонного кріплення склепіння виробки може бути визначена за емпіричною формулою Протод’яконова (навантаження на кріплення, що залежить від ширини виробки і міцності порід, не визначається прямим рахунком, а враховується побічно), см:

₄

₂₅

Додаток 3	Сортамент прокатної сталі	Найменший радіус інерції, см		1,62	1,79		2,0	2,06	2,12		1,33	1,57	1,97
		Момент опору, см3		72,7	104,0	141,0	135,0	237,0	250,0		56,1	37,6	155,9
		Маса 1м, кг		14,0	16,9	20,5	24,1	27,9	331,1		18,06	24,04	33,48
		Площа перетину,см2		17,8	21,5	26,1	30,6	35,5	39,5		23,07	32,70	42,76
		Висота профілю,мм		120	140	160	180	200	200		90	107	128
		Типорозмір профілю	Балки двотаврові	№12	№14	№16	№18	№20а	№20б	Рейки рудничні:	Р-18	Р-24	Р-33

₂₄

(2)

де B - ширина виробки у світлі, см;

R_б - розрахунковий опір бетону осьовому стиску для граничних станів першої групи (призменна міцність), МПа;

f - коефіцієнт міцності порід;

h₀ - висота склепіння у світлі, см.

У конструкціях монолітного бетонного і залізобетонного кріплення гірничих виробок варто застосовувати важкий бетон класу за міцності на стиск не нижче: у стовбурах B 20; в інших виробках В 15.

Товщина склепіння у п'яті d_n=[1,25…1,5]d₀

Товщина стін d_c=[1…2]d_n

Ширина фундаменту d_ф=[1.0…1,5]d_c

Менше значення товщини кріплення в п'яті, стінах і фундаменті приймаються у міцних породах, більше - у слабких. Товщина кріплення склепіння повинна прийматися не менш 200 мм, стін - 250 мм.

2.2. Розрахунок набризкбетонного кріплення

У залежності від категорії стійкості порід набризк-бетонного кріплення розраховується за однією із двох розрахункових схем.

1. У стійких породах кріплення працює у режимі заданих навантажень при утворенні вивалів порід. У цьому випадку товщина набризкбетонного кріплення ,м:

(3)

де К - коефіцієнт, що враховує розрахункову схему кріплення ( К = 0,35 при одному з набризк-бетонного кріплення; К = 0,25 при набризк-бетонному зі штангами); а - розмір вивалів, прийнятий рівним кроку установки штанг при комбінованому кріплення; при одному набризк-бетонному кріпленні , але не менш 1 м ( В_вч - проліт (ширина) виробки начорно, м) ;

₅

Р - навантаження на кріплення, обумовлене як вага породи в обсязі можливого вивалу розміром вглиб масиву а/2; - питома вага породи, кН/м³; Пп = 1,5 - коефіцієнт перевантаження; m_y - коефіцієнт умов роботи (m_y =1 для армованого металевою сіткою набризг-бетону і m_y =0,6 - для неармованого); - розрахований опір бетону осьовому розтяганню для граничних станів першої групи, кПа.

Розраховані характеристики бетону приймаються по СНиП 2.03.01 - 84 "Бетонні і залізобетонні конструкції"

2. У породах середньої стійкості набризкбетонного кріплення розраховується за розрахунковою схемою заданих деформацій. У цьому випадку враховується зміцнення дії набризк-бетону на масив у межах проміжного до нього породного шару, що утягує його у спільну роботу. Кріплення може бути розраховане за методикою Криворізького філіалу ВНДІОМШБ ,м:

(4)

де U – зсув породного контуру, м;

Rв – приведений радіус виробки, м; ;

R_от – межа міцності порід на одноосьовий тиск, кПа;

q – вертикальна складова початкового поля напруг, кПа

R_б - розрахунковий опір бетону осьовому стиску (призменна міцність), кПа;

С - питоме зчеплення бетону з породою (для вапняків і сланців С відповідно складає 1500...2000 кПа і 1000... 1200 кПа; для інших типів порід зчеплення їх з бетоном з достатньою точністю може бути прийнято рівним розрахунковому опору бетону розтяганню R_бt кПа;

Е_п , Е_б- модуль деформації відповідно породи і бетону, мПа.

₆

Додаток 2 Розрахункова характеристика бетону	Клас бетону по міцності на стиснення	В 60	1,65 16,8	33,0 336	40,0 408	Примітка. Над рискою вказані значення в мега паскалях, під рискою в кг·с/см2.
		В 50	1,55 15,8	27,5 280	39,0 398
		В 45	1,45 14,8	25,0 255	37,5 382
		В 40	1,40 14,3	22,0 224	36,0 367
		В 35	1,30 13,3	19,5 199	34,5 352
		В 30	1,20 12,2	17,0 173	32,5 331
		В 25	1,05 10,7	14,5148	30,0 306
		В20	0,90 9,18	11,5 117	24,0 275
		В 15	0,75 7,65	8,5 86,7	23,0 235
		В 10	0,57 5,81	6,0 61,2	18,0 184
	Вид опору бетону		Розтягання осьове Rbt	Стиснення осьове (призменна міцність)Rt	Модуль пружності при стисненні і розтяганні Eb·10-3

₂₃

Додаток

Додаток 1

Розрахункові техніко-економічні показники кріплення гірничих виробок у породах з коефіцієнтом міцності для умов Донбасу

показник	кріплення
	бетона	метало-арочна	комбінована (штанги і набризк-бетону)	набризг-бетонне
площа поперечного переріза виробки, м2 у світлі начорно
	12,2	13,7	12,2	12,2
	15,7	17,8	13,2	13,5
продуктивність праці прохідників, м3/чол. - зміну	1,54	2,15	2,54	2,9
витрати на проведення і кріплення 1м3 виробки у світлі,	50,6	46,2	32,0	29,2
витрати на зведення 1м кріплення,	328	346	118	84
витрати праці на проведення і кріплення 1 м3 виробки у світлі, чол.-змін.	0,65	0,46	0,40	0,35
витрати праці на зведення 1 м кріплення, чол.-змін.	3,74	1,8	1,2	0,61

₂₂