7. Розрахунок і вибір кріплення виробки

Загальні положення

Для збереження необхідних розмірів поперечного перетину і підтримки вироблень у безпечному стані у виробках установлюється кріплення.

Кріплення гірських виробок повинне задовольняти наступним вимогам:

-бути досить міцним, стійким і довговічним, підтримувати виробку в безпечному стані протягом усього терміну служби;

-мінімально заповнювати перетин виробки, не заважати виконанню технологічних процесів мати невеликий опір руху повітря;

-забезпечити можливість механізації її зведення, бути транспортабельним не трудомістким при зведенні та ремонті;

-забезпечувати можливість його максимального витягу з виробок, що погашаються, і подальшого повторного використання;

-конструкція і матеріал кріплення повинні відповідати терміну служби виробок, а сума матеріальних витрат на виготовлення, зведення, експлуатацію і ремонт протягом усього терміну служби виробок повинна бути мінімальна.

Розрахунок параметрів кріплення

Розрахунок рамної металевого податливого кріплення виконуємо відповідно до Інструкції [9].

До початку розрахунку необхідно скласти розрахункову схему. Для цього нормальні потужності пластів перераховуємо на вертикальні по формулі:

(7.1)

де; m= 1,6м – нормальна потужність пласту, м;

α = 3 – кут падіння пласту, градус;

Знайдемо вертикальну потужність вугільного пласту:

Знайдемо вертикальну потужність основної покрівлі пласту:

Знайдемо вертикальну потужність безпосередньої покрівлі пласту:

Знайдемо вертикальну потужність основної підошви пласту:

Знайдемо вертикальну потужність пласту, розташованого нижче підошви пласту:

По вертикальних потужностях складаємо розрахункову схему, зазначену на рисунку 7.1

R_c,I = R_i · k_с(7.2)

Рисунок 7.1 – Розрахункова схема

де R_i – середнє значення опіру пластів порід у зразку одноосьового стиску, установлений за результатами іспитів (при визначенні міцності порід за допомогою коефіцієнта міцності по шкалі М.М.Протодьяконоваf необхідним перерахуванням в мПа проводять по формулі:

R_i = 10f, (6.3)

К_с – коефіцієнт, що враховує додаткове порушення масиву порід поверхнями без зчеплення, або з малою зв'язаністю (дзеркала ковзання, тріщини, глинисті прошарки і т.п.):

К_с = 0,9

За формулою (6.3) знаходимо всі середні значення опіру шарів порід у зразку одноосьового стиску:

R₁ = 10 * 12 = 120 мПа

R₂ = 10 * 7= 70 мПа

R₃ = 10 * 1, 5 = 15 мПа

R₄ = 10 * 5 =50 мПа

R₅ = 10 * 9 = 90 мПа

За формулою (6.2) знаходимо розрахунковий опір пластів порід у масиві:

R_c1 = 120 * 0,9 = 108мПа

R_c2 = 70 * 0,9 = 63 мПа

R_c3 = 15 * 0,9 = 13,5 мПа

R_c4 = 50 * 0,9 = 45 мПа

R_c5 = 90 * 0,9 = 81 мПа

Для суміжних пластів, що залягають по контуру поперечного перетину виробки, з мінливістю R_ci в межах до 30% приймають єдине ціле для усієї виробки усереднене значення розрахункового опіру порід стиску, обумовлений за формулою:

мПа (7.4)

де; R_c,1 ... R_c,n – розрахунковий опір пластів порід стиску, мПа;

m₁ … m_n – потужність пластів породи, м.

Дані підставляємо у формулу (7.4), отримуємо:

Зсув порід покрівлі підошви чи боків у горизонтальних і похилих протяжних виробках, підтримуваних поза впливом очисних робіт, розраховуємо по формулі:

U_{о кр} = k_a · k_s · k_в · k_t · U _{т кр}, мм (7.5)

U_{о пч} = k_a · k_s · k_в · k_t · U _{т пч}, мм

U_{о б} = k_a · k_ϴ ·k_s · k_в · k_t · U _{т б}, мм

де; U _{т кр,}=20U _{т пч}=80, U _{т б}=180 – зсув порід, прийнятий за типове й обумовлене по графіках рис. 2 [9] у залежності від розрахункового опору стиску порід R_c і розрахункової глибини розташування вироблення Н_р

де k_a = 1 – коефіцієнт впливу кута залягання порід і напрямку проходки виробок, щодо простягання порід, обумовлений по таблиці 4 ;

k_ϴ = 0,35 – для бічних зсувів, k_ϴ =1 – для зсуву покрівлі і підошви – коефіцієнт напрямку зсуву порід, обумовлений по таблиці 4 [9]

k_s – коефіцієнт впливу розмірів виробки, обумовлений для покрівлі і підошви по формулі:

k_s = 0,2 · (В -1); (7.6)

де В – ширина виробки в проходці, м;

k_s = 0,2· (5,45 - 1) = 0,89 м

а для боків:

k_s = 0,2·(h – 1); (7.7)

де h – висота виробки в проходці, м;

k_s= 0,2·(3,79 – 1)= 0,55 м

k_в – коефіцієнт впливу інших виробок, прийнятий для одиночних виробок рівним 1;

k_t=1– коефіцієнт впливу часу на зсув порід, що залежить від співвідношення Н_р/ R_c = і визначається по графіках [9, стор.10]

U_{о кр} = 1· 1 · 0,89 · 1 ·1 · 20 = 17,8мм

U_{о пч} = 1 · 1· 0,89 ·1 · 1 · 80 = 71,2мм

U_{о б} = 1 · 0,35 ·0,55 · 1 · 1 · 180 = 34,65 мм

Розрахункове навантаження Р на 1м виробки з боку покрівлі і підошви визначаємо по формулі:

Р = k_n·k_пр · В ·р^н, кПа·м (7.8)

де; В – ширина виробки в проходці, м;

k_n=1,1 для покрівлі,k_n=1,05 для підошви – коефіцієнт перевантаження для підготовчих виробок

k_пр= 0,6– коефіцієнт умов проведення виробок, обумовлений по таблиці [14], таб. 5

р^н= 20 кПа – нормальне навантаження для покрівлі, обумовлене по графіках залежності від U_о

р^н= 40кПа – нормальне навантаження для підошви, обумовлене по графіках залежності від U_о

Р_кр = 1*1,1 * 0,6 *5,45 * 20 =71,94кПа/м

Р_пч= 1*1,05 *0,6 · 5,45*40 =137,34 кПа/м

Розрахункове навантаження Р на 1м виробки з боку боків визначаємо по формулі:

Р_б = k_n· k_пр · h·р^н, кПа,м (7.9)

де; h = 3,79– висота виробки, м;

р^н= 30 кПа – нормальне навантаження для боків виробки, обумовлене по графіках залежності від U_о

Р_б =1* 1,1 *0,6 *3,79 *30=75,04 кПа,м

Вибираємо металеву податливу аркову три ланкову кріп типу

КМП-А3 з типом спецпрофіля СВП-27, із замком ЗПК і несучою здатністю 215кН. Конструктивна особливість: піддатливість вертикальна – 400мм.

Щільність установки рам металевого податливого кріплення із спецпрофілю на 1м довжини виробки знаходимо по формулі:

n = P/N_S, рам/м (7.9)

n = 137,34/215= 0,64

Приймаємо n =1 рам/м із стандартного ряду

Тому що щільність установки кріплення не перевищує 1рама/м, то перевіряємо податливість умовою:

∆ ≥ U_кр

де Δ – конструктивна підатливість кріплення, 400мм;

U_кр– очікувані розрахункові зсуви покрівлі;

400 ≥ 17,8