Технологии горноспасательного дела. Ч.II Ликвидация внезапных прорывов воды в горные выработки. Учебно-методическое пособие

ПРАКТИЧЕСКАЯРАБОТА  №  5  Расчетпараметровводонепроницаемых перемычекприликвидациивнезапных прорывовводывгорныевыработки

Цель работы – научиться рассчитывать параметры водонепроницаемых перемычек при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки, а также изучить их конструкции.

Общиетеоретическиеположения

Для ликвидации внезапных прорывов воды, предотвращения затопления пройденных горных выработок, а также обеспечения безопасности работ при их дальнейшем проведении сооружают подземные водонепроницаемые перемычки. Подземные водонепроницаемые перемычки применяют как сплошные, так и с герметическими дверьми.

Конструкции сплошных подземных водонепроницаемых перемычек, применяемых при ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки без их затопления, разделяются на клинчатые (рисунок  5.1) и безврубовые – прямоугольные (рисунок  5.2). Как те, так и другие в своем поперечном сечении повторяют поперечное сечение горных выработок, в которых они сооружаются.

Особенностью конструкций клинчатых водонепроницаемых перемычек, показанных на рисунке  5.1, является то, что они опираются боковыми гранями на горные породы, в связи с чем они работают на сжатие и срезывание.

Прямоугольные (безврубовые) водонепроницаемые перемычки, показанные на рисунке  5.2, не опираются на горные породы, в связи с чем они оказывают сопротивление действующему на них гидростатическому давлению воды за счет сил сцепления их боковой поверхности с окружающими горными породами.

51

полученная по расчету на срезывание, значительно превышает толщину перемычки, полученную по расчету на сжатие. В рассматриваемом случае конструкция перемычки, показанная на рисунке  5.4, является более экономичной.

Рисунок  5.3 – Многоступенчатая клинчатая водонепроницаемая перемычка

α

α pг

Рисунок  5.4 – Одноступенчатая клинчатая водонепроницаемая перемычка рациональной конструкции

53

В современной практике считается технически и экономически целесообразным при толщине клинчатых подземных водонепроницаемых перемычек более 2,5–3 м переходить на многоступенчатые конструкции (см. рисунок  5.3).

Многоступенчатые конструкции клинчатых водонепроницаемых перемычек применяют при больших гидростатических давлениях подземных вод.

Достоинствами всех рассмотренных конструкций клинчатых водонепроницаемых перемычек являются большая надежность, прочность и устойчивость к действующему на них гидростатическому давлению воды, более плотная связь их с окружающими горными породами и при прочих равных условиях меньшая толщина по сравнению с пря­ моугольными безврубовыми водонепроницаемыми перемычками.

Недостатком всех рассмотренных конструкций клинчатых водонепроницаемых перемычек является сложное производство работ по их сооружению в условиях ликви­ дации внезапных прорывов воды в горные выработки, что заставляет в некоторых случаях отказаться от их применения, например в слабых породах, не допускающих обнажения, и переходить на сооружение прямоугольных безврубовых конструкций подземных водонепроницаемых перемычек, показанных на рисунке  5.2. Эти перемычки по сравнению с клинчатыми менее надежны в работе, обладают худшей связью с окружающими горными породами, в связи с чем имеют меньшую устойчивость и сопротивляемость действующему на них гидростатическому давлению подземных вод.

Однако они более просты при возведении и в ряде случаев их применение бывает технически и экономически оправдано, особенно при небольших гидростатических давлениях воды и окружающих выработки слабых горных породах.

На основе анализа ряда примеров ликвидации внезапных прорывов воды в горные выработки с помощью со-

54

оружения водонепроницаемых перемычек без затопления выработок можно рекомендовать применение конструкций клинчатых водонепроницаемых перемычек в сравнительно устойчивых горных породах при средних и больших гидростатических давлениях воды, а также применение конструкций прямоугольных водонепроницаемых перемычек при слабых горных породах и сравнительно небольших давлениях воды.

В зависимости от гидростатического давления подземных вод, прочности материала, а также конструкции подземных водонепроницаемых перемычек толщина их изменяется в довольно больших пределах – от 2–3 до 23 и всякий раз должна определяться расчетом.

1

Рисунок  5.5 – Одноступенчатая клинчатая водонепроницаемая перемычка с герметической дверью: 1 – металлическая дверь; 2 – дренажная труба

На рисунке  5.5 показана клинчатая водонепроницаемая перемычка с металлической дверью. Конструкции таких перемычек с герметическими дверьми сооружаются заблаговременно в горных выработках при подходе к про-

55

рывоопасным участкам. При прорыве воды, после вывода людей из горных выработок, отгораживаемых перемычкой, двери перекрываются, чем обеспечивается предотвращение затопления горных выработок, находящихся по другую сторону от перемычки, и благоприятные условия для ликвидации прорыва и откачки воды из затопленных выработок, отгораживаемых водонепроницаемой перемычкой с дверьми. Все водонепроницаемые перемычки, если горные выработки за ними не забрасываются навсегда, имеют дренажные трубы с задвижками или кранами для выпуска из за перемычек воды.

Расчетподземныхводонепроницаемых перемычек

Все подземные водонепроницаемые перемычки, со­ оружаемые при ликвидации внезапных прорывов воды, должны обладать необходимой прочностью и устойчивостью, не допускающими деформацию и разрушение под нагрузкой.

Для обеспечения необходимой прочности размеры перемычек определяются расчетом по методике [5]. Расчет клинчатых подземных водонепроницаемых перемычек (см. рисунки  5.1, 5.3, 5.4 и 5.5) производят на статическую прочность на сжатие и срезывание, а также на практическую водонепроницаемость.

Расчет прямоугольных (в том числе цилиндрических) (безврубовых) подземных водонепроницаемых перемычек (см. рисунок  5.2) производят на устойчивость и практическую водонепроницаемость.

За расчетную нагрузку, действующую на подземные водонепроницаемые перемычки, принимают максимальное гидростатическое давление воды в месте сооружения перемычки.

56

Под действием полного гидростатического давления воды (Р), действующего на клинчатую одноступенчатую водонепроницаемую перемычку (рисунок  5.6), последняя будет стремиться сдвинуться вдоль оси горной выработки. Этому сдвижению противодействуют силы реакции горных пород, на которые клинчатая одноступенчатая перемычка опирается своей боковой поверхностью (Q). Собственный вес клинчатой одноступенчатой перемычки, имеющий относительно небольшое значение по сравнению с рассматриваемыми силами, не учитывается. Сделанное допущение идет в запас прочности перемычки.

Q

α

Pг.

Рисунок  5.6 – Расчетная схема клинчатой водонепроницаемой одноступенчатой перемычки

Под действием рассматриваемых сил клинчатая перемычка должна находиться в равновесии. Условие ее равнове-

57

сия относительно горизонтальной оси симметрии запишется в виде

где a – угол наклона боковых граней перемычки к горизонтальной оси, град (a = 12°), откуда

Уравнение прочности одноступенчатой клинчатой перемычки на сжатие в месте ее опирания на горные породы может быть записано в виде

где l – коэффициент перегрузки, равный 1,2–1,3; m – коэффициент условий работы, равный 0,5–0,6; Rб – расчетное сопротивление бетона сжатию, тс/м2; S – боковая поверхность одноступенчатой клинчатой перемычки, опирающаяся на горные породы, м2.

Из условия прочности на сжатие определяют толщину одноступенчатой клинчатой перемычки для широко распространенных на шахтах форм поперечного сечения горных выработок по формулам, приведенным в таблицах  5.1 и 5.2:

прямоугольносводчатой формы с трехцентренным (коробовым) сводом (рисунок  5.7, а);

прямоугольносводчатой формы с полуциркульным сводом (рисунок  5.7, б);

круглой формы (рисунок  5.7, в);

эллипсовидной формы (рисунок  5.7, г);

прямоугольной формы (рисунок  5.7, д);

квадратной формы (рисунок  5.7, е).

58

Рисунок  5.7 – Схемы к расчету клинчатых одноступенчатых водонепроницаемых перемычек различного поперечного сечения

59