книги из ГПНТБ / Садовский, Г. И. Механика горных пород, расчеты крепи и конструктивных элементов систем разработки рудных месторождений подземным способом [учебное пособие]
.pdf/0,04дсжа1
кзусоэа' |
(53.3) |
ц— коэффициент, учитывающий ползучесть пород при сжатии (0,5—0,8);
Оок — предел прочности |
породы при сжатии; |
|
|
ал — расстояние между |
трещинами в направлении, |
нор |
|
мальном к поверхностям системы трещин наиболь |
|||
шего ослабления; |
|
|
|
кз — 2— 4; |
|
ослабления |
пли |
а ' — угол наклона трещин наибольшего |
|||
угол падения слоев пород; |
|
|
|
6 — угол наклона плоскости обрушения |
слоев (угол об |
||
лома слоев у опор). Для твердых пород 6= 60—80°, |
|||
для ослабленных может достигать 90—100°; |
|
||
Ши — крупность блоков |
(кусков) породы |
должна |
быть |
не менее двух-трех длин заделки замковой части штанг;
fn — коэффициент трения породы о породу (0,6—0.75);
у— объемный вес пород;
К= 1/20-1/30;
tp — расчетное |
сопротивление |
породы срезу, |
которое |
можно принимать равным |
30—50% от |
предела |
|
прочности |
при растяжении. |
|
|
Случай 2. Породы слоистые К слоистым породам применяется расчет О. В. Тимофеева.
Высота породной балки (рис. 31), укрепляемой штангами, оп ределяется по формуле:
|
|
|
|
(54.3) |
где Р — вертикальная |
нагрузка; |
|
|
|
В — высота нарушенной зоны |
пород |
(свод |
обрзчпения); |
|
К3= 3 - 4 ; |
|
|
|
|
ф — коэффициент |
уменьшения |
момента |
сопротивления |
|
составной балки в сравнении с цельной. Зависит от |
||||
числа слоев |
п и принимается |
по А. |
А. Борисову. |
|
90
В табл. 18 приведена зависимость коэффициента умень шения момента сопротивления составной балки от числа слоев.
|
|
|
|
Таблица 18 |
п |
1 |
2 |
3 |
4 и более |
ф |
1 |
0,75 |
0,70 |
0,65 |
Орр — расчетное сопротивление породы растяжению:
|
огРР=т)|цЦр, |
(55.3) |
где t| коэффициент, |
учитывающий ползучесть пород (0,5— |
|
0,7); |
учитывающий уменьшение |
прочно |
i]i— коэффициент, |
||
сти породы в массиве по отношению к прочности в куске (0,6—0,7);
Ор —предел прочности породы при растяжении;
стх — напряжении |
бокового |
распора; |
|
ггх==ЯуН; |
(56.3) |
где л коэффициент |
бокового |
распора; |
Н — глубина заложения выработки.
Рис. 31. Схема к расчету штанговой крени при плоской кровле и слоистых породах
91
Полная длина штанг
|
(ш— h—f—/К* |
|
(57.3) |
|
Расстояние между штангами по сдвигающим усилиям опре |
||||
деляется по формуле О. В. Тимофеева: |
|
|||
а ,= |
[Potgcpi+0,785 (h -2Z ) |
tg2(p0 (ср+0тр) ] h3, |
(58.3) |
|
1 ,,')l'I.K3(0,25h2—Z2) |
||||
|
|
|||
где Z — расстояние от нейтральной оси до проверяемой на |
||||
|
сдвиг плоскости — слабого контакта пород; i |
|||
|
Фо — угол распределения в |
массиве сжимающих напря |
||
|
жений (45°); |
|
|
|
сР — расчетное сопротивление между слоями пород (0,7—
3 кг/см2);
В— коэффициент, учитывающий часть площади породы, работающей на еров (0,3-f-0,4);
кз - З-т-5; |
|
тр — расчетное сопротивление породы |
срезу; принимает |
ся равным 30—50% от предела |
прочности породы |
при растяжении.
Полученное значение ai необходимо проверить по условию
(49.3).
§12. Расчет железобетонной штанговой крепи
вочистных выработках
Кровля камер при небольших соотношениях ее мощности и ширины выработки рассматривается как плита, защемлен ная на опорах, целиках или как балка.
Предельную длину пролета закрепленной штангами кровли
рассчитывают по формуле: |
|
|
|
Ьз—б |
^K'Rmh |
(59.3) |
|
4у |
|||
|
|
||
где б — коэффициент интенсивности очистной |
выемки; |
||
h — мощность укрепляемой кровли; |
|
||
к' — коэффициент укрепления кровли; |
|
||
02
к — ---- ------ |
(60.3) |
|
/atgcp—Qi |
|
(61.3) |
||
|
|
2tgcp |
|
||
|
|
|
|
||
|
Rm — действительный |
предел |
прочности на |
растяжение в |
|
|
массиве: |
|
|
|
|
|
для трещиноватых пород |
|
|
|
|
|
Rm |
3Lоб V |
(62.3) |
||
|
|
4hоб |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
для монолитных пород |
|
|
|
|
|
Rn |
|
Ьобу |
(63.3) |
|
|
4ho6 |
’ |
|||
|
|
|
|||
где |
L06 — пролет обрушившихся |
пород; |
|
||
|
Ьоб — мощность обрушившихся пород. |
|
|||
|
Следует иметь в виду, что при длительной отработке устой |
||||
чивость пролета снижается в пределах от 15—25 до 50%. |
|||||
|
Для вычисления расстояния между штангами при слои |
||||
стой кровле предложена формула: |
|
|
|||
|
ai =2rnntgcpm. |
|
(64.3) |
||
где |
mn — мощность нижнего |
слоя породы; |
|
||
|
ffm — угол внутреннего |
трения нижнего слоя породы. |
|||
|
При монолитной кровле расстояние между штангами мож |
||||
но найти из выражения: |
|
|
|
|
|
|
a,=2/msin |
j - |
tg' (я/4—<р/2). |
(65.3) |
|
§ 13. Расчет параметров железобетонной штанговой крепи в вертикальных выработках
В неустойчивых породах штанговую крепь можно исполь зовать как вспомогательную, позволяющую улучшить условия проходки и крепления, отказаться в некоторых случаях от применения опорных венцов и выполнять крепление бетоном сверху вниз, вслед за проходкой.
93
В крепких породах с незначительным нарушением епдош ности, где грузонесущая крепь не требуется, штанговая крепь может быть использована для укрепления отдельных вывалов, для крепления расстрелов к породным стенкам, а также па период проходки для защитыот мелких местных выпалов.
Расчет но предложенной методике ведется для жслезобо тонных штанг, обеспечивающих жесткое раскрепление замко вой части за линией скольжения. Замковая часть штанги дол жна выдержать без подвижек осевую нагрузку 10 т. Расстоя ние между ярусами штанг, но вертикали рекомендуется при нимать для данных условий проходки в пределах 90—150 см.
Из условия пересечения штангами наиболее опасных ли ний скольжения длина штанг и расстояние между ними (че рез угол) связаны следующей зависимостью:
/л= fv iа ( е т а |
- 1) -Ь/зам. |
|
(66.3) |
|
где /а — активная длина штанги, |
см; |
град.; |
||
а — центральный угол между штангами, |
||||
а — радиус выработки, см; |
|
|
|
|
/зам— длина замковой, части штанги, см; |
|
отклонения |
||
К] — коэффициент, учитывающий возможные |
||||
линии скольжения |
от |
теоретического |
положении, |
|
связанные с характером |
местной |
трещиноватости. |
||
1,1-1,4; |
породы по ли |
m — коэффициент, определяющий свойства |
|
нии скольжения. |
|
m= ctg(n/4+<p72); |
(67.3) |
tgq/=n/2-tgcp, |
(68.3) |
где (р — угол трения по плоскостям ослабления, который он ределяется для конкретных условий опытным путем или принимается приближенно по данным Г. Л. Фи
сенко.
Общая длина штанги /=/а-Нрез (здесь /рез--часть штанги, выступающая в выработку).
Длина замковой части железобетонной штанги рассчиты вается при условии, что несущая способность ее должна со ставлять 10 т.
10,000К3
(69.3)
Пс1щтДсц
94
где |
с1Шт — диаметр штанги, см; |
|
|
Исц — удельное сцепление цементного раствора со стерж |
|
|
нем штанги, кг/см2; |
|
• |
К з— коэффициент запаса, равный 1,2—1,3. |
|
Значения удельного |
сцепления раствора со стержнем |
|
штанги (раствор состава |
1:2Ц/В = 0,5; ускоритель 3—4% СаС1 |
|
или NaF2) рекомендуется выбирать в зависимости от профи ля стали и способа раскрепления из приведенных данных:
Железобетонные штанги, закрепленные по всей |
■Нсц, кг/см2 |
|
|
||
длине без натяжения: |
|
50—55 |
из стали периодического |
профиля |
|
из гладкой стали |
|
15—20 |
Предварительно напряженные |
железобетонные |
|
штанги с клиновым замком: |
|
70—75 |
из стали периодического |
профиля |
|
из гладкой стали |
|
20—30 |
Поясним ход расчета па конкретном примере.
Приме р . Рассчитать железобетонную |
штаигозую крепь |
для вертикальной выработки диаметром 5 |
м, пересекающей |
мощный участок однородных трещиноватых пород с объемным весом 2,5 т/м3 и f= 6 -f-8. Трещины заполнены частично хлори том; угол трения, "определенный в натурных условпях, состав
ляет 20°. Штанга |
предварительно |
напряженная |
железобетон |
|||
ная с клиновым |
замком |
из стали |
периодического |
профиля |
||
№ 22 (1 м штанги весит 2,98 кг, |
цена 1 т — 76,4 руб.). Рас |
|||||
стояние между штангами по вертикали — 1 м. |
|
|
||||
1. Определить необходимую длину штанг при разном чис |
||||||
ле их по контуру по формулам: |
|
|
|
|||
/= К щ (<? |
— 1) -W3aM-Wiрез« |
|
|
|||
10,000R2 |
10000-1,2 |
26см; |
Аэоэ=10 см; |
|||
ndraTRmi |
n-2,1-70 |
|||||
|
|
|
||||
m=ctg(n/4+cp72); |
lt>y=n/2-tg20°=1-57-0,364=0,572; |
|||||
Ф'=29°50/; m=0,577; |
/=1,3-250(е°-577 а - 1 )+ 3 6 |
см. |
||||
Ведем расчет по нескольким вариантам.
95
Таблица 19
Определение параметров штанговой крепи
Варианты
Число |
Угол между |
Длина |
Расстояние |
|
штанг по |
между |
|||
штангами, g0,557a |
штанги, |
штангами |
||
контуру |
||||
а , рад. |
см |
по горизоы |
||
выработки |
|
|
тали, см |
1 |
8 |
0,785 |
0,57 |
221 |
196 |
2 |
12 |
0,524 |
0,35 |
150 |
131 |
3 |
16 |
0,393 |
0,25 |
117 |
98 |
4 |
20 |
0,314 |
0,20 |
101 |
79 |
Таблица 20
Определение стоимости изготовления и установки штанговой крепи на 1 м выработки по прямым затратам
3 |
Сталь |
|
Затраты на комплект |
Затраты на |
\6 |
||
И |
|
штанг, |
руб. |
бурение |
скважин |
|
|
|
|
U |
|||||
В |
|
|
|
|
|
|
|
а |
КГ |
руб. |
изготов |
уста |
м |
руб. |
С |
еС |
(v |
||||||
CQ |
|
|
ление |
новка |
|
|
|
1 |
52,5 |
4,01 |
4,80 |
2,80 |
16,8 |
6,70 |
18,31 |
2 |
53,7 |
4,10 |
7,20 |
4,20 |
16,8 |
7,70 |
22,20 |
3 |
56,1 |
4,28 |
9,60 |
5,60 |
17,1 |
6,90 |
26,38 |
4 |
60,2 |
4,60 |
12,00 |
7,00 |
18,2 |
7,30 |
30,90 |
Пр и м е ч а н и я :
1)стоимость изготовления штанги принята 0,6 руб.:
2)стоимость установки — 0,35 руб.;
3)стоимость бурения 1 м шпура — 0.4 руб.
Расчет но методике Ю. А. Онищенко. Установлено, что средняя глубина вывалов породы в системах вертикальных вы работок не превышает 1,5—1,65 м. Это значит, что активную длину штанг можно брать в пределах 1,8—2 м. Расстояние между штангами (рис. 32) должно соответствовать соотноше нию (42.3). Место возможного вывала определить заранее нельзя, поэтому штанги нужно размещать по всему перимет ру равномерно.
Горизонтальное давление на стенки ствола Рг=0,34уй13. (70.3)
96
Рпс. 32. Схема к расчету штапговой крепи в вертикаль ных выработках
Несущая способность (прочность закрепления) штанг дол
жна отвечать условию: |
|
Р зЗ И 2 -3 )Р г. |
(71.3) |
Если стенки ствола неустойчивы и в окрестности выработ ки образуется область неупругих деформаций, то активную длину штанг можно найти из соотношения
/а— |
(72. 3) |
где /д — ширина области неупругих деформаций.
Расстояние между штангами выбирается согласно соотно шению (42.3). Нагрузка на одну штангу будет
р = ува!2 |
|
2tgq> ’ |
(73,3) |
где ф — угол внутреннего трения пород.
97
Несущая способность штанг должна быть не менее
Р з>2 Р . |
(74.3) |
Если железобетонные штанги применяются |
в комбинации |
с набрызгбетоном, то параметры такой крепи устанавливают ся по методике В. Ф. Рогозного.
|
Вес породы (кг) в пределах |
возможного вывала |
в стенке |
||||||
ствола |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р п = |
|
Ra2y |
-с, |
|
(75.3) |
||
|
|
|
|
- |
|
||||
|
|
|
|
|
3m |
|
|
|
|
где |
R — радиус ствола, |
|
см; |
|
|
|
|
||
|
а2 — расстояние между |
ярусами штанг. В данном случае |
|||||||
|
оно должно находиться в пределах 0,9—1,5 м; |
||||||||
|
m — параметр, определяемый по формуле |
|
|||||||
|
|
m =ctg(n/4+cp'/2). |
|
(76.3) |
|||||
|
Здесь tgcp'—я/2-tgcp. |
|
|
|
|
|
|
(77.3) |
|
|
Величина С устанавливается из соотношения: |
|
|||||||
|
|
_ |
|
|
2ша |
—2m a'— 1, |
(78.3) |
||
|
|
С = е |
|
|
|||||
где |
а' — центральный |
угол |
между |
штангами в |
плоскости |
||||
|
яруса, град. |
|
|
|
|
|
см |
|
|
|
Средняя толщина набрызгбетона, |
|
|||||||
|
|
|
Л = |
К з Р _ |
|
(79.3) |
|||
|
|
|
RDn |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
где |
К — 1,2-г-1,4; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rp — расчетное сопротивление набрызгбетона срезу. Мож |
||||||||
|
но брать RP 0,04—0,06 от предела прочности набрызг |
||||||||
|
бетона при сжатии. |
|
|
|
|||||
|
Периметр возможного вывала, см |
|
|
||||||
|
П = |
2R a+2V (R a)2+ 4 a 22. |
(80.3) |
||||||
|
Длина штанг, |
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
;~ч=КзД ( в |
|
|
—1) —|—/з~)—^к- |
(81.3) |
||||
98
Г л а в а IV
РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ
§ 1. Расчет междукамерных целиков
Выбор способа расчета конструктивных элементов систем разработки зависит от многих факторов, основными из них яв ляются: устойчивость руды и вмещающих пород; элементы залегания месторождения; глубина разработки; наличие в рудном теле безрудных участков, прослоек пустых пород и бедной руды и др.
В практике эксплуатации месторождений большинство систем разработки предусматривает оставление целиков в очи стном пространстве для поддержания в первоначальном поло жении вышележащей толщи горных пород.
По назначению целики разделяются на междукамерные, панельные, околоштрековые, барьерные, и охранные. Расчет охранных целиков приведен в следующем параграфе настоя щего пособия, так как размеры этих целиков определяются не условиями прочности, а условиями сдвижения подрабатыва емой толщи горных город.
Технология ведения горных работ в одних случаях предус матривает выемку оставленных целиков во вторую очередь, а в других случаях они не отрабатываются. Оставление постоян ных целиков влечет за собой значительные потери полезного ископаемого, достигающие 25—50% и более.
09