
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.1
«Выбор формы поперечного сечения (ПС) горизонтальной
и наклонной горно-разведочной выработки (ГРВ) и материала
крепи по показателям устойчивости пород кровли и боков
выработки»
1. Краткая характеристика работы
В общем комплексе по проведению горных выработок выбор формы, материала и конструкции крепи занимает особое место, т.к. от правильности этого выбора зависят: устойчивость выработки, как в период её проведения, так и во время её дальнейшей эксплуатации, а также объёмы горных работ и сроки сооружения выработок, что напрямую связано с капитальными и эксплуатационными затратами.
2. Цель работы
Целью работы является приобретение практических навыков в выборе формы горной выработки по результатам расчётов по показателям устойчивости пород кровли и боков выработки.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Студент определяет свой вариант исходных данных по ниже приведённой таблице 1.1 (номер варианта определяется порядковым номером в групповом журнале или по шифру зачётной книжки студента).
3.2. Дать определение горной породе и привести её физико-механические свойства и занести их в табличной форме (табл. 1.2);
3.3. Студентом в соответствии с физико-механическими свойствами горных пород (табл. 1.3 и 1.4) и условиями проведения выработки производится расчёт безразмерного параметра устойчивости Пу.
3.4. По результатам расчёта производится предварительный выбор материала крепи и, соответственно, формы поперечного сечения выработки (табл. 1.5).
3.5. Произвести проверочный расчёт запаса прочности пород и действующих напряжений с пределом прочности массива для боков nб и кровли nк.
Полученные данные будут использованы при выполнении последующих лабораторных работ в соответствии с графиком их выполнения.
4. Порядок выполнения работы
4.1. Расчёта безразмерного параметра устойчивости Пу,
Предварительно выбор крепи и, соответственно, формы ПС можно произвести на основе расчёта безразмерного параметра устойчивости Пу, который используется при проектировании выработок (в типовых паспортах крепления) для рудников цветной металлургии и для угольных шахт
Пу = γH/σсж, (1.1)
или
Пу = ρgH/σсж, (1.2)
где ρ – средняя плотность вышележащей толщи горных пород, кг/м3;
γ – объёмный вес горных пород, Н/м3;
Н – глубина заложения горной выработки (максимальное расстояние до поверхности Земли), м.
Для районов, подверженных движениям земной коры, и для зон тектонических нарушений вместо Н принимается расчётная глубина
Нр= Кн Н, (1.3)
где Нр – расчётная глубина заложения выработки;
Кн – коэффициент перегрузки по глубине заложения выработки:
1,0 – в массиве, не имеющем пустот, тектонических трещин и ранее пройденных выработок;
1,5 – для районов, подверженных движениям земной коры, и для зон тектонических нарушений при отсутствии соответствующих экспериментальных данных;
σсж – предел прочности на одноосное сжатие образца горных пород (определяется либо лабораторными методами, либо по известному значению коэффициента крепости горных пород ƒ, по которым проводится выработка), Па:
σсж = 107 ƒ (Па)= 10 ƒ (МПа),
где ƒ – коэффициент крепости горных пород и грунтов по шкале профессора М.М. Протодьяконова (ƒ = 1…20).
Таблица 1.1
Варианты заданий для выполнения работы
№ Варианта |
Наименование горных пород |
Объёмная масса, γ, т/м3 |
Коэффициент Пуассона, μ |
Водоприток, м3/час |
Тип горной выработки |
Длина выработки , L, м |
Глубина заложения, H, м |
Оборудование |
||||
Погрузочная машина или скрепер |
Перегружатель |
Вагонетка |
Электровоз (ручная) |
Бурение шпуров
|
||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
1 |
Аргиллиты средней плотности с прослойками угля |
2,05 |
0,22 |
10,0 |
штольня |
800 |
400 |
ППН-2 |
- |
УВГ-1,4 |
5АРВ2 |
СБКН-2М |
2 |
Алевролиты плотные, глинистые выветрелые |
2,05 |
0,24 |
9,0 |
штрек |
400 |
390 |
ППН-1э |
- |
УВО-0,8 |
аккумуля-торный |
Рунное эл. сверло |
3 |
Медный колчедан с локальным включением глин |
2,55 |
0,24 |
8,0 |
рассечка |
150 |
380 |
ППН-1н |
- |
УВО-0,5 |
ручная |
ПП на пневмо- поддержке |
4 |
Известняки мергелистые средней крепости с тонкими прослойками углей |
2,25 |
0,21 |
7,0 |
квершлаг |
200 |
370 |
ПД |
- |
- |
- |
Буровая каретка |
5 |
Песчаники с глинистым цементом с прослойками глины |
2,25 |
0,24 |
9,5 |
рассечка |
50 |
360 |
скрепер |
- |
- |
- |
Колонковое электро-сверло |
Продолжение табл. 1.1 |
||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
6 |
Бокситы слабоуплотнённые в значительной степени раздробленные |
2,35 |
0,24 |
8,5 |
квершлаг |
250 |
350 |
ППН-1с |
- |
УВО-0,8 |
аккумуля-торный |
ПП на распорной колонке |
7 |
Туфопесчаники с прослойками глины |
2,55 |
0,26 |
7,5 |
штольня |
1000 |
340 |
ППН-3 |
ПСК-1 |
УВГ-1,6 |
7КР-1 |
БКГ |
8 |
Лимониты с тонкими прослойками углей |
2,15 |
0,24 |
6,5 |
рассечка |
80 |
330 |
скрепер |
- |
- |
- |
Рунное эл. сверло |
9 |
Туфобрекчии альбитофировые с локальным включением глин |
2,65 |
0,26 |
11,0 |
штольня |
750 |
320 |
ППН-1с |
- |
УВО-1,0 |
аккумуля-торный |
СБКН-2М |
10 |
Конгломераты осадочных пород с извесково-глинистым цементом с прослойками из каменной соли |
2,05 |
0,24 |
10,5 |
штрек |
350 |
310 |
ЭПМ-2 |
- |
УВГ-1,0 |
аккумуля-торный |
Рунное эл. сверло |
11 |
Дуниты выветрелые |
2,35 |
0,21 |
9,0 |
квершлаг |
400 |
300 |
ППН-1с |
- |
УВГ-1,2 |
аккумуля-торный |
УБШ-207 |
12 |
Липариты крупнозер-нистые выветрелые
|
2,55 |
0,24 |
12,0 |
штольня |
600 |
290 |
ППН-1э |
- |
УВГ-1,4 |
4КР-1 |
УБШ-211Г |
13 |
Песчаники кремнистые с локальным включением рудных минералов |
2,65 |
0,26 |
11,5 |
штольня |
800 |
260 |
ППН-2 |
- |
УВГ-1,6 |
7КР-1 |
СБКН-2М |
Продолжение табл. 1.1 |
||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
Змеевики выветрелые |
2,35 |
0,24 |
5,0 |
рассечка |
200 |
270 |
ПДМ |
- |
- |
- |
ПП на распорной колонке УПБ-1 |
15 |
Песчаники оркозовые медистые с тонкими прослойками сульфидов |
2,45 |
0,25 |
6,0 |
рассечка |
60 |
260 |
скрепер |
- |
- |
- |
ПП на распорной колонке ЛКР-У |
16 |
Песчаники медистые мелкозернистые с известково-кремнистым цементом с кливажны-ми отдельностями |
2,55 |
0,25 |
7,0 |
квершлаг |
180 |
250 |
ПДМ |
- |
- |
- |
УБШ |
17 |
Известняки мергелистые выветрелые |
2,15 |
0,21 |
8,0 |
квершлаг |
250 |
240 |
ППН-1н |
- |
УВО-0,8 |
аккумуля-торный |
ПП на пневмопод-держке |
18 |
Андезиты среднезернистые выветрелые |
2,55 |
0,21 |
6,5 |
рассечка |
120 |
230 |
ПДМ |
- |
- |
- |
Колонковое эл.сверло |
19 |
Алевролиты песчано-глинистые с зеркалами скольжения |
2,15 |
0,24 |
7,5 |
штрек |
400 |
220 |
ППН-1с |
- |
УВО-0,8 |
аккумуля-торный |
ПП на пневмопод-держке |
20 |
Аргиллиты плотные с прослойками углистых сланцев |
2,35 |
0,25 |
9,5 |
штрек |
450 |
210 |
ППН-1с |
- |
УВГ-1,2 |
5АРВ2 |
ПП на распорной колонке УПБ-1 |
21 |
Конгломераты с глинистым цементом с локальными скоплениями углистых сланцев |
2,25 |
0,24 |
5,5 |
рассечка |
40 |
200 |
скрепер |
- |
- |
- |
Колонковое эл. сверло |
Окончание табл. 1.1 |
||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
22 |
Песчаники с известко-вым цементом с прослойками углистых сланцев |
2,35 |
0,24 |
10,5 |
штольня |
850 |
190 |
ППН-2 |
ПСК-1 |
УВГ-1,4 |
АРП-7 |
СБКН-2М |
23 |
Бокситы плотные с тонкими прослойками углистых сланцев |
2,45 |
0,24 |
8,0 |
штрек |
500 |
180 |
ЭПМ-2 |
- |
УВГ-1,3 |
4КР-1 |
УБШ |
24 |
Змеевики плотные с отдельностями в зонах нарушений |
2,55 |
0,25 |
12,0 |
штольня |
1500 |
170 |
ППН-3 |
- |
ВПК-7 |
8АРП |
БКГ-2 |
25 |
Роговики оруднённые баритоносные с отдель-ными включениями обугленного детрита |
2,55 |
0,25 |
9,0 |
квершлаг |
800 |
160 |
ППН-1с |
ПСК-1 |
УВГ-1,6 |
аккумуля-торный |
СБКН-2М |
26 |
Брекчеевидные руды с тонкими прослойками глины |
2,25 |
0,23 |
7,0 |
штрек |
500 |
160 |
ППН-1с |
- |
УВГ-1,6 |
аккумуля-торный |
Колонковое эл. сверло |
Для выполнения работы необходимо заполнить таблицу 1.2.
Таблица 1.2
№ Варианта |
Наименование горных пород |
Категории пород по трещиноватости |
Коэффициент структурно-го ослабления, Ксо |
Категория пород по буримости (по ЕНВ-77) |
Предел прочности пород на сжатие, σсж, МПа |
Коэффициент крепости по Протодьяконову, ƒ |
Кажущийся угол внутрен-него трения (φ=arctg ƒ) |
Коэффициент разрыхления, Кр |
Объёмная масса, γ, т/м3 |
Коэффициент длительной прочности, ξ |
Коэффициент Пуассона, μ |
Коэффициент бокового распора, λ |
Водоприток, м3/час |
Тип горной выработки |
Длина выработки , L, м |
Глубина заложения, H, м |
Оборудование |
||||
Погруз. машина или скрепер |
Перегружатель |
Вагонетка |
Электровоз (ручная) |
Бурение шпуров |
|||||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g
Таблица 1.3
Классификация горных пород по трещиноватости.
Коэффициент структурного ослабления (Ксо) породного массива по СНиП II-94-80
Категория пород по трещиноватости |
Степень трещиноватости (блочности) массива |
Характеристика поверхности ослабления породы |
Среднее расстояние между трещинами, м |
Коэффициент структурного ослабления от – до (среднее) |
а I
б |
Чрезвычайно трещиноватые (мелкоблочные) почти полностью несвязанные |
Породы в зонах крупных геологических нарушений, выветрелые и др. Прогрессирующее выветривание скальной породы по всему массиву. Порода разрушается (крошится, дробится). |
до 0,1 |
0,1 и менее (0,1) |
Сильно ослабленные |
Трещины сильно раскрытые; многие из них заполнены глиной и выветрелыми породами. Тектонические борозды скольжения; зеркала скольжения; отдельности в зонах нарушения |
0,1-0,3 (0,2) |
||
II |
Среднетрещиноватые (среднеблочные) |
Прослойки из углистых, глинистых материалов; значительные скопления углистых, глинистых материалов |
0,1-0,5 |
0,3-0,5 (0,4) |
III |
Среднетрещиноватые (крупноблочные) |
Тонкие прослойки; кливажные отдельности; мелкие закрытые трещины; трещины залеченные; локальные значительные скопления углистых, глинистых и других материалов |
0,5-1,0 |
0,6-0,8 (0,6) |
IV |
Малотрещиноватые (весьма крупноблочные) малоослабленные |
Микротрещины; редкие нитевидные и штриховые прослойки; отдельные разрозненные скопления обугленного детрита и других материалов |
1,0-1,5 |
0,8-0,9 (0,8) |
V |
Практически монолитные; неослабленные |
Породы массивные довольно однородные по составу. Трещины (диаклазы) практически отсутствуют. |
Более 1,5 |
0,9-1,0 (0,9) |
Таблица 1.4
Категория пород по буримости (ЕНВ-77) |
Коэффициент крепости по Протодьяконову, ƒ |
Наименование пород |
Предел прочности пород на сжатие, σсж, МПА |
Ориентировочный коэффициент разрыхления, Кр |
Объёмная масса, γ, т/м3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
I |
0,1 |
Глина, рыхлая в отвалах, песок, супесь рыхлая и растительный слой без корней |
1,0 |
1,1-1,2 |
1,4 |
II |
0,2 |
Гравий, суглинок лёгкий, лёссовидный, торф и растительный слой с небольшой примесью мелкой гальки |
3,0 |
1,2-1,3 |
1,4 |
III |
0,5 |
Галька размером 10…40 мм. Глина мягкая, жирная. Песчано-глинистые грунты. Щебень. |
5,0 |
1,3 |
1,4 |
IV |
0,8-1,0 |
Галька размером 41…100 мм. Глина сланцевая, моренная. Галечно-щебёночные грунты, связанные глиной. |
8,0 |
1,25-1,4 |
1,6-1,8 |
V |
1,2 |
Алевролиты глинистые, слабосцементированные. Аргиллиты слабые. Конгломераты осадочных пород. Песчаники слабосцементированные песчано-глинистым цементом. |
12,0 |
1,25-1,45 |
1,8-1,9 |
VI |
1,6 |
Мёрзлые породы I…IV категорий. Известняки оталькованные. |
16,0 |
1,3-1,45 |
1,8-1,9 |
VII |
2,0 |
Алевролиты плотные глинистые. Известняки мягкие. Конгломераты осадочных пород с известково-глинистым цементом. Змеевики оталькованные. |
21,0 |
1,35-1,45 |
2,0-2,1 |
VIII |
2-3 |
Алевролиты средней плотности. Змеевики с включением асбеста. Колчеданы, зоны выщелачивания. Туры выветрелые. |
27,0 |
1,35-1,5 |
2,0-2,1 |
Продолжение табл. 1.4 |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
IX |
3-4 |
Алевролиты песчано-глинистые. Лимониты. Известняки мергелистые выветрелые. Известняки мергелистые средней крепости. |
34,0 |
1,35-1,5 |
2,1-2,2 |
X |
4 |
Брекчии рудные. Конгломераты с глинистым цементом. Дуниты сильно выветрелые. Песчаники с глинистым цементом. |
43,0 |
1,35-1,5 |
2,2-2,3 |
XI |
5-6 |
Алевролиты с включением кварца. Аргиллиты плотные. Бокситы слабоуплотнённые. Дуниты выветрелые. Змеевики выветрелые. Песчаники известковым цементом. |
54,0 |
1,35-1,5 |
2,3-2,4 |
XII |
6-7 |
Аргиллиты весьма плотные. Бокситы плотные. Медно-колчеданные руды. Песчаники оркозовые медистые. Роговики оруднённые баритоносные. |
66,0 |
1,35-1,55 |
2,4-2,5 |
XIII |
8-9 |
Андезиты крупнозернистые выветрелые. Змеевики плотные. Колчедан медный. Липариты выветрелые крупнозернистые. Песчаники медистые мелкозернистые с известково-глинистым цементом. |
82,0 |
1,4-1,6 |
2,5-2,6 |
XIV |
9-10 |
Андезиты среднезернистые выветрелые. Змеевики весьма плотные. Туфопесчаники. |
99,0 |
1,4-1,7 |
2,5-2,6 |
XV |
11-12 |
Кварц жильный трещиноватый. Туфобрекчии альбитофированные. |
119,0 |
1,45-1,7 |
2,6-2,7 |
XVI |
13-15 |
Дуниты среднезернистые. Липариты мелкозернистые. Песчаники кремнистые. |
143,0 |
1,5-1,7 |
2,6-2,7 |
XVII |
16-17 |
Песчаники кремнистые плотные. |
171, |
1,6-1,8 |
2,7-2,8 |
XVII |
17-18 |
Андезиты плотные. Песчаники кварцевые плотные. |
204, |
1,7-1,9 |
2,8-2,9 |
XIX |
18-19 |
Песчаники кварцитовидные. Весьма плотные: андезиты, базальты. Джеспилиты очень плотные. |
242,0 |
1,8-2,0 |
2,9-3,0 |
X |
20 |
Неизмененные сливные: андезиты, джеспилиты, базальты. микрокварциты очень плотные, сливные. Яшмы в высшей степени плотные, сливные. |
300,0 |
1,9-2,1 |
3,0-3,1 |
Таблица 1.5
Рекомендации по выбору крепи на основании параметра
устойчивости Пу
Показатель |
Значения Пу |
||||
Пу≥0,2 |
0,15≤Пу<0,2 |
0,05<Пу<0,15 |
Пу≤0,05
|
||
для пород I - II категории трещино-ватости |
для пород III - IV катего- рии трещино- ватости |
||||
Материал крепи |
Бетон, ж/бетон, комбинированные крепи: стойка деревянная, верхняк из металла (швеллер, двутавр, СВП); металл. сетка +н/бетон+ анкер; металл. сетка + н/бетон |
Деревянная крепь |
Набрызг- бетон |
Анкерная крепь |
Без крепи (на основании проверочного расчёта) |