книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

основе непрерывного контроля смещений породного конту­ ра.

Крепь регулируемого сопротивления в общем виде вклю­ чает в себя базовую крепь, крепь усиления и устройство для контроля сигнальных смещений.

Базовая крепь - это конструкция крепи (или комбинация нескольких конструкций), возводимая непосредственно при проведении горной выработки. Параметры базовой крепи определяются для участка выработки с наибольшими значе­ ниями предела прочности на одноосное сжатие и модуля деформации пород.

Крепь усиления это конструкция крепи (или комбина­ ция нескольких конструкций), технологически сочетаемая с базовой крепью, повышающая суммарную несущую способ­ ность и возводимая, по необходимости, в зависимости от величины контролируемых сигнальных смещений контура выработки. В качестве крепи усиления должна приниматься такая конструкция крепи, которая, технически сочетаясь с базовой крепью, обеспечивает требуемые изменения ее па­ раметров.

Основными параметрами КРС являются ее несущая спо­ собность и податливость, которые должны регулироваться в зависимости от изменения горно-геологических условий по длине выработки. Регулирование несущей способности и податливости КРС осуществляется в зависимости от контро­ лируемых сигнальных смещений контура выработки.

Контролируемые сигнальные смещения - это максималь­ ные допустимые смещения порюдного контура, при которых базовая крепь еще обеспечивает устойчивое состояние вы­ работки. В случае превышения смещениями породного кон­ тура на каком-то участке величины сигнальных смещений, устойчивость выработки на этом участке обеспечивается вводом в работу крепи усиления.

Таким образом, в общем случае выработка на своем протяжении будет закреплена как базовой крепью, так и ее различными сочетаниями с крепью усиления, что в сово­ купности должно обеспечить рациональный расход крепеж­ ных материалов при соблюдении эксплуатационных требо­ ваний.

Настоящая методика может применяться при проектиро­ вании и возведении КРС в капитальных горизонтальных и наклонных (до 30°) горных выработках, расположенных вне зоны влияния очистных работ на глубинах до 1500 м в поро­ дах I-IV категорий устойчивости по СНиП-П-94-80.

Областью применения КРС являются вновь проводимые капитальные горные выработки протяженностью не менее 100 м и сечением в свету до 25 м2.

Во всех случаях область применения КРС ограничивается условиями выполнения "Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах" и технологических требований по веде­ нию горно-строительных работ.

Крепь регулируемого сопротивления должна удовлетво­ рять общим и специальным требованиям. Общие требова­ ния: функциональные, технические, экономические. Специ­ альные требования: конструктивная и технологическая соче­ таемость крепи усиления с базовой крепью.

Блок-схема проектирования и строительства капитальных горных выработок с крепью регулируемого сопротивления с учетом общих требований § 2.4 СНиП-Н-94-80 представлена на рис. 4.9 и включает:

•выбор базовой крепи;

•выбор крепи усиления;

•определение величины сигнальных смещений.

Исходными данными для проектирования КРС являются тип и физико-механические свойства вмещающих пород, структурные особенности массива, глубина

заложения выработки, форма ее поперечного сечения и размеры.

Указанные данные определяются из инженерногеологических изысканий в соответствии с общими требова­ ниями главы СНиП по инженерным изысканиям для строи­ тельства, а также с учетом особенностей подземного строи­ тельства, предусмотренных § 1.8-1.13 СНиП-Н-94-80.

В качестве основных расчетных данных для определения параметров КРС должны приниматься:

Нр - расчетная глубина заложения выработки, опре­

деляется согласно § 2.14 [94], м; 2а - ширина выработки в проходке, м;

2Ь - высота выработки в проходке, м;

сжатию, устанавливаемое экспериментально по результатам испытаний образцов пород (МПа) и л и определяемое по ко­ эффициенту крепости пород f по шкале М.М. Протодьяконова, R=10f (МПа);

кс коэффициент, учитывающий дополнительную нару­ шениесть массива пород, принимаемый по табл. 1 [94];

реологический коэффициент, учитывающий сниже­

ние прочности пород во времени. Определяется из испыта­ ний пород на длительную прочность. При отсутствии экспе­ риментальных данных принимается равным для песчаников 0,75 + 0,85; аргиллитов и алевролитов 0,7 * 0,8;

•Y - удельный вес горных пород, Мн/м3;

где:

Е - модуль упругости образца горных пород, МПа, опре­ деляется экспериментально. При отсутствии эксперимен­ тальных данных определяется по табл. 3, приложение 2 [88]; 0 .2 - коэффициент, учитывающий снижение модуля упру­

гости во времени. При отсутствии экспериментальных дан­ ных принимать а 2 = ;

нисходящей ветви полной диаграммы "напряжение - дефор­ мация", либо вокруг выработки образуется зона полного разрушения пород, в которой последние обладают лишь ос­ таточной прочностью.

В соответствии со степенью деформирования породного массива вокруг выработки последние можно отнести к ус­ тойчивым, средней устойчивости и неустойчивым. Расчет смещений породного контура выработки производится по зависимостям 4.9 - 4.18.

Блок-схема определения смещений контура выработки представлена на рис. 4.10.

После определения смещений контура выработки Uk в за­ висимости от отпора крепи Р строятся в координатах P-Uk две кривые Umax = f(P) и Umin = f(P), соответствующие макси­ мальным и минимальным смещениям контура выработки по ее длине (рис. 4.11). Область на графике между этими двумя кривыми включает в себя все возможные величины смеще­ ний контура выработки при ее строительстве в данных геомеханических условиях.

Учитывая возможные вывалы из кровли выработки по од­ ной из зависимостей (4.1) (4.6), определяется возможная

высота вывала и по формуле PJJJ„ = jY*hBblB нагрузка на

крепь от вывала породы Pjjjl“

Эта величина откладывается по оси абсцисс (рис. 4.11), и из нее восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривыми Umax = f(P) и Umin = f(P). В дальнейшем проектируе­ мые конструкции крепи должны находиться справа от от­

резка АВ, т.е. Р > Pjjjj

При проведении горных выработок в однородных породах (то есть по всей длине выработки согласно прогнозному гео­ логическому разрезу прочность породы на одноосное сжа­ тие имеет одно значение R) первоначально полученные смещения контура выработки UK в зависимости от отпора крепи Р делятся на 1,25 и строится кривая Umill =f(P), и ум­

ножаются на 1,25 и строится кривая Umax = f(p).

Рис. 4.10. Блок-схема определения смещения контура выработки

Смещения породного контура крепи U(P) к моменту уста­ новления статического равновесия в системе "крепь мас­ сив" определяется по формуле:

U2- смещение от закрытия конструктивных зазоров в крепи;

U3(P) - смещение, определяемое жесткостью конструкции крепи.

На втором этапе производится выбор базовой КРС. Базо­ вая крепь выбирается таким образом, чтобы ее параметры (податливость и несущая способность) соответствовали кри-

ВОЙ U m ln = f (р)

Для этого на оси U откладываются предельные допусти­ мые смещения Ua^ для каждой из конструкций крепи, рас­

сматриваемых в качестве базовой, на оси Р соответствую­ щие им несущие способности Ра. , а на графике - точки а;, с

координатами (pa ,Ua J.

Для сопоставления и выбора базовой крепи рассматрива­ ются только те конструкции крепи, у которых точки af рас­

расположена ближе всего к кривой Umln = f(p), т.е. примени­ тельно к рис. 4.11 базовым вариантом будет крепь с харак­ теристикой в точке л3. При этом величина несущей способ­ ности базовой крепи должна быть больше значения

Рдоп • чтобы исключить ее разрушение от возможных выва­

лов породы. В качестве базовых КРС рекомендуется в зави­ симости от геомеханических и горнотехнических факторов рассматривать в первую очередь крепи, использующие не­ сущую способность самого породного массива, а также ме­ таллическую арочную податливую из СВП, анкер-метал-