Практична робота №6

Визначення впливу гірського тиску на кріплення вертикальних

Виробок.

Метою роботи є допомога у формуванні навичок визначення впливу гірського тиску на кріплення вертикальних гірничих виробок

Гіпотеза проф. М. М. Протодьяконова. Визначаючи тиск гірських порід на кріплення вертикальної виробки, проф. М. М. Протодьяконов розглядав кріплення виробки як підпірну стінку, що знаходиться під дією активного тиску ґрунту.

Тиск на одиницю площі кріплення:

(6.1)

де γ – об’ємна вага породи, т/м³;

Н – глибина виробки, м;

φ – кут внутрішнього тертя порід, .град.

При переході від однорідних сипких і слабких порід до монолітних порід різної потужності h₁, h₂, h₃, …, h_n з коефіцієнтом міцності відповідно f₁, f₂, f₃, …, f_n і об'ємною вагою γ₁, γ₂, γ₃, …, γ_n слід приймати середньозважене значення коефіцієнта міцності і об'ємної ваги шарів гірських порід, що перетинаються, і визначають за формулами:

(6.2)

(6.3)

Середньозважене значення кута внутрішнього тертя порід:

φ_ср = arc tg f_сp. (6.4)

Гіпотеза проф. П. М. Цимбаревича. По цій гіпотезі визначають тиск на одиницю площі кріплення для кожного шару порід, що перетинаються стволом окремо в покрівлі і його ґрунті, і будують епюру тиску.

Епюри тиску мають вигляд трапецій, за винятком верхнього шару, для якого епюра представлятиме трикутник.

Тиск в покрівлі будь-якого шару:

(6.5)

тиск в ґрунті цього ж шару:

(6.6)

де γ₁, γ₂, γ₃, …, γ_n — об'ємна вага порід, що перетинають ствол, т/м³;

h₁, h₂, h₃, …, h_n — потужності шарів відповідних гірських порід, м.

Епюра тиску дає наочну картину розподілу тиску на кріплення шахтного ствола по всій глибині, на підставі якої вибирається розрахункове значення.

Рис.6. 1. Розрахункова схема для визначення гірського тиску на кріплення вертикального ствола по гіпотезі проф. М.М. Протодьяконова

Завдання до виконання роботи.

Побудувати епюри тиску гірських порід на кріплення вертикального шахтного ствола за даними наведеними в таблиці 6.1 і 6.2, за методикою проф. М.М. Протодьяконова і проф. П.М. Цимбаревича.

Кожен студент до табличних значень додає свій № варіанту, і складає аналогічну таблицю зі своїми вихідними даними.

Таблиця 6.1

№ шару	Гірські породи	Вертикальна потужність шару h, м	Коефіцієнт міцності f	Об’ємна вага γ, т/м3	Коефіцієнт бокового розпору
1	Рослинна земля	0,8+0.5п	0,6	1,5	0,3208
2	Щільні глини	15,0+0.3п	1,0	1,9	0,1714
3	Глинисті сланці	45,0+п	3,0	2,5	0,0262
4	Піщаники	30,0+п	6,0	2,6	0,0069
5	Вапняки	1,5+0.1п	8,0	2,8	0,0039
6	Міцне кам’яне вугілля	1,2+0.5п	1,5	1,35	0,0918
7	Піщані сланці	25,0+0.5п	5,0	2,6	0,0098

п- № варіанта студента

Приклад: Вертикальний шахтний ствол перетинає гірські породи згідно табл.6.2. і рис. 6.2. Побудувати епюри тиску гірських порід на кріплення ствола, одержані по гіпотезах проф. М. М. та проф.. П.М. Цимбаревича.

Рішення: Тиск гірських порід на кріплення ствола по гіпотезі проф. М.М. Протодьяконова.

Середньозважене значення коефіцієнта міцності:

Середньозважене значення кута внутрішнього тертя:

φ_cp = arctg f_cp = 76⁰,

а коефіцієнт бічного розпору:

Середньозважене значення об'ємної ваги:

Таблиця 6.2

№ шару	Гірські породи	Вертикальна потужність шару h, м	Коефіцієнт міцності f	Об’ємна вага γ, т/м3	Коефіцієнт бокового розпору
1	Наноси	20	1	1,2	0,1714
2	М’які глинясті сланці	35	2	1,4	0,0563
3	Піщані сланці	40	4	2,5	0,0151
4	Піщаники	50	7	2,8	0,0050
5	Вугілля	1	2	1,3	0,0563
6	Глинясті сланці	20	3	2,4	0,0262

Тиск на кріплення біля поверхні землі буде: Р_в = 0,

а на глибині 166 м :

Епюра тиску гірських порід на кріплення ствола наведена на рис.6. 1.

2. Тиск, гірських порід на кріплення ствола по гіпотезі проф. П.М. Цимбаревича.

Оскільки характеристики гірських порід, що перетинаються стволом різні, то й тиск на кріплення визначатимемо для кожного шару окремо: для верхньої і нижньої його частин.

На ділянці наносів:

у верхній частині шару: Р = 0,

у нижній частині шару:

На ділянці м'яких глинистих сланців:

у верхній частині шару:

у нижній частині шару:

На ділянці піщаних сланців:

у верхній частині шару:

у нижній частині шару:

На ділянці піщаників:

у верхній частині шару:

у нижній частині шару:

На ділянці пласта вугілля:

у верхній частині пласта:

у нижній частині пласта:

На ділянці глинистих сланців:

у верхній частині шару:

у нижній частині шару:

Епюра тиску гірських порід на кріплення ствола показана на рис.6 2.

Рис. 6.2. Розрахункова схема для визначення гірського тиску на кріплення вертикального ствола при гіпотезі проф. П.М. Цимбаревича

ПРАКТИЧНА РОБОТА №7

Визначення гірського тиску на кріплення гірничих виробок зі сторони боків виробки.

Метою роботи є допомога у формуванні навичок визначення впливу гірського тиску на кріплення гірничих виробок зі сторони боків виробки.

Боковий тиск на кріплення гірничих виробок актуальний у тих випадках, коли виробка проведена в нестійких породах. Величина бокового тиску визначається як активний тиск на опорну стінку призми порід, що сповзають,

Епюра бокового горизонтального тиску гірничих порід на кріплення по висоті виробки представляє собою трапецією, розміри основи якої визначаються за формулами:

- для виробки, яку з боків оточують однорідні гірські породи, верхня основа трапеції:

z₁= (7.1)

- нижня основа трапеції:

z₂= (7.2)

Якщо з боків і в покрівлі виробки залягають неоднорідні породи, формули приймуть наступний вигляд:

z₁= , (7.3)

z= , (7.4)

де h₀ = - висота призми відносно об'ємної ваги бокових порід, м;

γ₁- об'ємна вага порід у покрівлі виробки, т/м³;

γ - об'ємна вага породи з боків виробки, т/м³.

Величина бокового тиску дорівнює площі трапеції:

R_б= (7.5)

Якщо виробка проведена в однорідних гірських породах, величину бокового тиску можна визначити за формулою:

R_б= (7.4)

Точка прикладення рівнодіючої сили бокового тиску буде знаходитися у центрі ваги епюри, на відстані від підошви виробки:

y= (7.5)

Якщо у боках і покрівлі виробки залягають неоднорідні породи, формули приймуть вигляд:

R_б= (7.6)

y= (7.7)