tehspgrv48

КАФЕДРА БУДІВЕЛЬНОЇ ГЕОТЕХНОЛОГІЇ

ІГІРНИЧИХ СПОРУД

МЕ Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И до самостійної роботи під час

виконання індивідуальних завдань на тему: "РОЗРАХУНОК ПРОЯВІВ ГІРСЬКОГО ТИСКУ, ВИБІР ТИПУ КРІПЛЕННЯ Й ВИЗНАЧЕННЯ ЙОГО ПАРАМЕТРІВ"

(для студентів 3 – 4 курсів усіх форм навчання напрямку "Гірництво")

Рекомендовано на засіданні кафедри БГ і ГС

Протокол № 7 від 25.03.2008 р.

Затверджено на засіданні методсовета ДонДТУ

Протокол № 5 від 08.04.2008 р.

Алчевськ

ДонДТУ

2008

УДК 622.012

Методичні вказівки до самостійної роботи під час виконання ін-

дивідуальних завдань на тему: "Розрахунок проявів гірського тиску, вибір типу кріплення та визначення його параметрів" з дисципліни

«Спорудження гірничих виробок» (для студентів 3 – 4 курсів усіх форм навчання напрямку "Гірництво") / Укл.: Г. В. Бабіюк, Е. В. Фесенко. - Алчевськ: ДонДТУ, 2008. – 67 с.

Наведено порядок розрахунків зміщення порід на контурі виробок. Надані методичні рекомендації щодо вибору типу й визначення параметрів кріплення підготовчих виробок. Розглянуті приклади розрахунків для різних умов проведення та експлуатації гірничих виробок.

Укладачі:	Г. В. Бабіюк, проф.
	Е.В. Фесенко, доц.
Рецензент:	В. О. Касьянов, доц.
Відповідальний редактор:	Г. Г. Литвинський, проф.

2

ВСТУП

Методична розробка складена з метою надати студентам орієнтовну основу для їхніх уявних дій при виборі типу й визначенні параметрів кріплення підготовчих виробітків на шахтах вугільної промисловості.

Розрахунок проявів гірського тиску, вибір типу кріплення й визначення її параметрів виконуються під час складання проекту кріплення виробка, за умов безремонтного стану виробки протягом усього строку її служби. При цьому експлуатаційну надійність виробітку забезпечується за рахунок:

-вибору доцільного місця розміщення по відношенню до інших виробок й очисних робіт, а також визначення оптимальних габаритів виходячи із призначення, виробничої потужності гірничого підприємства й безпеки ведення робіт;

-ефективного урахування геомеханічних впливів масиву гірських порід на виробок й її кріплення;

-застосування раціональних способів охорони й конструктивних заходів захисту виробку від інтенсивних проявів гірського тиску.

В основі вказівок є норми проектування підготовчих виробок вугільних шахт залежно від їхньої ролі в забезпеченні функціонування підприємства, умов підтримки й терміну служби, компонування й взаємної ув'язки з іншими гірничими виробками й, насамперед, з очисними роботами. У вказівках наведені також рекомендації й приклади розрахунків стійкості порід, визначення величин зміщень породного контуру й навантажень на кріплення, вибору раціональних типів і параметрів кріплення, що забезпечують високу ефективність підтримки виробок протягом усього строку їхньої служби при мінімальних витратах й матеріалів і трудомісткості робіт.

Використання в навчальному процесі даної розробки дасть можливість підвищити якість і глибину засвоєння студентами матеріалу курсу, буде сприяти виконанню на високому рівні розрахунковографічних робіт на основі реальних даних, і, в остаточному підсумку, дозволить поліпшити підготовку гірничих інженерів.

3

1 МЕТА Й МОТИВОВАНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ЗНАЧЕННЯ РОБОТИ

Обсяг практичного заняття - 4 навчальні години.

Кінцева мета заняття полягає в оволодінні студентами методикою проектування кріплення підготовчих гірничих виробок на прикладі розв'язання типового завдання відповідно до діючої нормативної документації.

Навчальна мета заняття полягає в закріпленні й поглибленні теоретичних знань студентів, отриманих раніше при вивченні відповідних курсів, нормативних положень з проектування кріплень гірничих виробок, а також у придбанні вмінь самостійної роботи при визначенні параметрів кріплення.

Дане заняття виконується після вивчення розділу "Гірський тиск і кріплення виробок" курсу "Будівництво гірничих виробок" [1], де розглядається порядок розрахунку й вибору кріплень підготовчих виробок вугільних шахт. При складанні вказівок використані наступні нормативні документи: будівельні норми ІІ-94-80 [2], "Посібник із проектування підземних гірничих виробок і розрахунку кріплення" [3], "Вказівки з раціонального розташування, охорони й підтримки гірничих виробок на вугільних шахтах СРСР" [4], "Інструкція з вибору рамних податливих кріплень гірничих виробок" [5] й "Прогресивні паспорти кріплення, охорони й підтримки підготовчих виробітків при бесцеліковій технології відпрацьовування вугільних пластів" [6]. Отримані при виконанні завдання навички самостійної роботи будуть використані в курсовому й дипломному проектуванні, а також у майбутній практичній діяльності.

2 ЗАВДАННЯ НА САМОПІДГОТОВКУ

Метою самопідготовки є оволодіння базисними знаннями, необхідними при виконанні розрахункової роботи з вибору кріплення й визначення її параметрів для підготовчоговиробок.

Приступаючи до виконання завдання, студент повинен:

-знати основи алгебри, геометрії й тригонометрії;

-уміти орієнтуватися в комплексі підземних гірничих виробок згідно їхнього призначення й елементів залягання корисної копалини;

-знати методику проектування рамних й анкерних кріплень гірничих виробок;

4

- знати основні типи кріплення підготовчих виробок і вміти вибирати кріплення й визначати його параметри в ситуаціях, коли відбувається зміна стану масиву гірських порід під впливом гірничих робіт.

Всі перераховані питання вивчалися раніше, тому студентові варто повторити теоретичний і нормативний матеріал, який необхідний для рішення завдань, що виносять на практичне заняття, у тому числі й дійсні вказівки. Список літератури, наведений наприкінці методичних вказівок. Крім того, вказівки містять контрольно-навчальний тест, на який необхідно дати відповіді перед заняттям. Зверніть особливу увагу на приклади розв'язання завдань!

Для успішного засвоєння матеріалу рекомендується скласти конспект і зробити перед заняттям необхідні виписки з нормативних документів.

Для виконання розрахунків на практичному занятті студенти повинні мати калькулятори.

3 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ З ПРОЕКТУВАННЯ КРІПЛЕННЯ ГІРНИЧИХВИРОБОК

Проектування кріплення виробок є невід'ємною складовою частиною проектування підземної гірничої виробки й повинне здійснюватися на основі:

-даних, що визначають призначення, термін служби, умови проведення й експлуатації виробок;

-результатів інженерних досліджень, що включають дані інже- нерно-геологічного, гідрогеологічного й маркшейдерсько-геологічного вивчення місць розміщення виробок;

-вимог затверджених нормативних документів, [2, 3], державних стандартів [9], а також правил безпеки [10] і технічної експлуатації

[11]вугільних шахт.

Інженерні дослідження для проектування виробок слід виконувати відповідно до вимог будівельних норм [2], а матеріали для проектування виробок під час їхнього спорудження повинні включати наступні дані:

-геоморфологію місця розташування запроектованої виробки, включаючи стратиграфію й тектоніку масиву гірських порід;

-літологічну характеристику порід масиву;

-результати випробувань механічних властивостей порід;

-гідрогеологічну характеристику масиву й характеристику його газоносності.

5

При проектуванні виробок на діючих шахтах матеріали повинні, крім того, включати відомості про місце їхнього розташування відносно до очисних робіт й інших виробок про можливий вплив на виробку зміни стану гірського масиву, обводнення виробки, а також складу, будови й властивостей гірських порід навколо цих виробок.

Місце розміщення виробки потрібно вибирати з урахуванням стійкості порід, що її вміщають, а також компонувальних рішень усього комплекту виробок на підприємстві. Доцільне місце розміщення (розташування, закладення) виробки є однією з основних умов, що забезпечують нормальний стан виробки протягом усього строку її служби при мінімальній вартості спорудження й підтримки, а також для раціонального використання надр.

Узагальному випадку питання про вибір місця розміщення виробки є комплексним завданням, що припускає розробку декількох варіантів розміщення, компонування й взаємного ув'язування виробок

зурахуванням їх призначення, умов спорудження й експлуатації, включаючи питання вентиляції, транспорту, водовідливу, технології й організації будівництва, передбачаючи в кожному варіанті найбільш раціональне кріплення з погляду ефективності його роботи й трудомісткості зведення. Розрахунки для кожного варіанта оцінювання стійкості порід, визначення форми й розмірів виробки, величин зміщень порід і навантажень на кріплення варто робити з урахуванням заходів охорони й захисту виробок, способів їхнього спорудження й з використанням діючих типових проектів.

За умов технічної можливості й економічній доцільності виробки треба розміщувати:

- за межами великих тектонічних порушень, розламів і зон інтенсивного дроблення порід, а також впливу очисних робіт;

- у місцях, що виключають залишення запобіжних ціликів; - у стійких породах або вхрест простягання шаруватості й трі-

щинуватості; - у масивах порід, попередньо розвантажених від гірського тис-

ку.

Утих випадках, коли виконати вищенаведені рекомендації неможливо, необхідно прагнути до того, щоб втрати в ціликах були мінімальними, довжина ділянок виробки в зонах підвищеного гірського тиску була найменшої, а спеціально призначені засоби охорони й захисту виробки були надійними й забезпечували безпеку її проведення й ефективну експлуатацію.

6

Поперечний переріз горизонтальних і похилих виробок, що споруджують у стійких породах, слід приймати виходячи зі зручності експлуатації й проведення, а при наявності проявів гірського тиску - з урахуванням їх форми (здимання підошви, утворювання природного склепіння т.п.). У разі косо спрямованого тиску варто застосовувати несиметричні типи кріплень зі спрямованою піддатливістю.

Під час розрахунку проектного перетину виробки начорно (у проходці) крім товщини кріплення й забутовочного матеріалу слід враховувати обумовлені діючими нормами [2-5] зміщення порід, що для жорстокого типа кріплення реалізувалися за період до його зведення, а для піддатливого - за увесь строк експлуатації виробки, або за період до вичерпання конструктивної піддатливості кріплення.

Порівняння варіантів при виборі типу кріплення треба робити по її вартості й матеріалоємності. Розрахунок ведеться для найбільш несприятливих поєднань навантажень і впливів, які можуть реалізовуватися одночасно при будівництві й експлуатації виробки. При порівнянні варіантів кріплення необхідно враховувати рівень механізації її зведення й прагнути до того, щоб аеродинамічний опір у виробці був найменшим.

Для поліпшення умов підтримки й забезпечення надійного стану горизонтальні й похилі виробки слід розташовувати в сприятливих з погляду стійкості умовах, а при неможливості цього необхідно застосовувати гірничі засоби охорони й конструктивні заходи захисту. Перші спрямовані на зменшення, локалізацію, запобігання при прийнятому кріпленні, неприпустимого деформування масиву порід, що оточують виробку, а другі призначені для повного або часткового пристосування конструкції кріплення й технології її зведення до очікуваних (розрахункових) проявів гірського тиску. Способи охорони забезпечують керування і регулювання процесів деформування масиву порід, що оточують виробку, а конструктивні заходи полягають у виборі необхідної піддатливості кріплення, її конструкції й режиму взаємодії з навколишніми породами.

До гірничих мір охорони й конструктивних заходів захисту відносяться:

– залишення запобіжних ціликів, які виключають вплив очисних

робіт;

-розташування виробок на відстанях, що виключають їхній взаємний вплив;

-раціональний порядок ведення гірничих робіт;

7

-розташування виробок у попередньо розвантаженій області

масиву;

-механізована закладка виробленого простору і порожнин поза кріпленням;

-попереднє або наступне зміцнення масиву порід;

-зменшення концентрації напружень за рахунок вибору форми поперечного переріза виробки й застосування різних методів розвантаження порід;

-застосування тампонажу простору поза кріпленням;

-регулювання несучої здатності й піддатливості кріплення. Перераховані охоронні й конструктивні заходи щодо забезпе-

чення стійкості виробки треба призначати на основі порівняння очікуваних деформацій масиву гірських порід з допустимими величинами піддатливості кріплення. Способи застосовуються самостійно або, якщо це необхідно, у різних поєднаннях один з одним.

Вибір конструкції, параметрів і розрахунок кріплення повинно виконувати диференційовано по ділянках виробки з однаковими властивостями порід і розмірами, виходячи з оцінки стійкості порід, визначення величин зміщень породного контуру в покрівлі, боках і підошві виробки, розрахунку навантажень на кріплення з урахуванням можливості комплексної механізації виготовлення й зведення кріплення, а також забезпечення надійності й безпеки робіт протягом усього терміну служби виробки.

Проектування кріплення виробок включає наступні етапи: визначення характеру проявів гірського тиску або категорії стійкості порід; вибір типу кріплення й технології її зведення; прогнозування зміщень контуру виробки й розрахунок навантажень на кріплення; вибір конструктивної схеми кріплення й розрахунок його параметрів.

При виборі конструкції й визначенні параметрів кріплення варто також ураховувати особливі вимоги, пов'язані із впливами динамічних навантажень, агресивних підземних вод, а також із забезпеченням водо- і газоізоляції виробок.

Залежно від характеру проявів гірського тиску, згідно будівельних норм [2, 3], виділяють чотири категорії стійкості порід (табл. 1), при яких для підтримки виробки в робочому стані необхідно передбачати нижченаведені типи кріплення разом із заходами щодо зміцнення порід:

- у породах І категорії стійкості достатні типи кріплення, що охороняють породи від вивітрювання, вивалоутворення й обвалення; у

8

міцних монолітних й малотрещинуватих породах виробка може експлуатуватися без кріплення;

Таблиця 1 - Категорії стійкості порід у виробках

Категорія

Оцінка

Загальна

Міри

стійкості

стану

характеристика

підтримки

порід

порід

порід

виробки

I

Стійке

Руйнування порід відсу-

Експлуатація

виро-

тні (або є окремі пору-

бки

можлива

без

шення); зміщення порідкріплення

або

з

не відбиваються на змі-ізолюючими

типа-

ні форми й розмірів по-ми

кріплення

(на-

родного оголення

бризкбетон,

хімічні

покриття, ін.)

II

Середньостій-

Руйнування

порід

ма-Застосування кріп-

ке

ють незначне поширен-лень

малопотуж-

ня в глиб масиву; змі-них, податливих, а

щення порід і наванта-також

огороджую-

ження на кріплення не-чих

і

змічнюючих

великі й, як правило,типів (анкерні крі-

носять затухаючий

ха-плення, торкрет і

рактер

набризкбетон)

III

Нестійке

Руйнуваннями

порідЗастосування жорс-

охоплена велика зона втоких й обмежено-

глиб

масиву;

значніподатливих

кріп-

зміщення порід і наван-лень

із

великою

таження

на

кріплення,несучою здатністю

що слабко затухають у

часі

IV

Дуже

Навколо

виробітку

фо-Застосування по-

нестійке

рмується

більша

зонатужних

замкнутих

зруйнованих порід, щообмежено-

утвориться

попередподатливих

кріп-

вибою;

досить

значнілень у поєднанні з

зсуви

й

навантаженнярізними

способами

на кріплення, що збіль-зміцнення

порід

шуються

протягомнавколо виробки

усього

терміну

служби

виробки

9

-у породах ІІ категорії стійкості, як правило, достатні податливі кріплення з невеликою несучою здатністю або кріплення огороджуючого і зміцнюючого типів (анкери, набризкбетон);

-у породах ІІІ категорії стійкості необхідно встановлювати кріплення з обмеженої піддатливістю і зі значною несучою здатністю, а для запобігання розвитку здимання порід підошви кріплення повинне бути замкнутої форми, або необхідно застосовувати інші заходи щодо запобігання здимання порід підошви;

-у породах IV категорії стійкості у разі інтенсивної в'язкопластичної течії порід потрібно зводити замкнуте кріплення обмеженої піддатливості і зі значною несучою здатністю у поєднанні з різними способами зміцнення порід, або необхідно застосовувати спеціальні піддатливі кріплення.

Слід зазначити, що в породах всіх категорій, обов'язковим є узгодження конструкції, механічної характеристики й параметрів кріплення з технологічними способами спорудження виробки. При виборі жорстких типів кріплення варто мати на увазі, що навантаження, які сприймає кріплення в істотній мірі залежать від місця встановлення кріплення (відстані від прохідницького вибою) і в ряді випадків за рахунок певного відставання кріплення виробки навантаження можуть бути значно знижені. Особливо істотним цей фактор є в породах з яскраво вираженою повзучістю, де ефект може бути досягнуто за рахунок залишення оптимального зазоруміж кріпленням і контуром виробки.

Умови кріплення й підтримки виробок, що перебувають у масиві, який сприймає вплив суміжних виробок або виробок, що сполучаються, залежать від категорії стійкості порід до й після проведення виробок типу й конструкції кріплень виробки і сполучення, порядку й часу проведення виробок, відстані до суміжної виробки й кута між виробками, що сполучаються. Якщо раніше пройдена виробка закріплена піддатливим кріпленням і після проведення нової виробки породи зберігають I або II категорії стійкості, то шкідливий вплив знову проведеної виробки буде несуттєвим. Інтенсивність впливу суміжних виробок різко зростає, як що вони закріпленні жорстким кріпленням й особливо у разі переходу порід з одного стану в інший (наприклад, з II категорії стійкості в III або IV).

Особливо великий вплив на умови підтримки виробок справляють очисні роботи, у результаті яких у масиві порушується первісна рівновага, відбувається інтенсивне зрушення порід, різко змінюється напружено-деформований стан породного масиву. Шкідливий або корисних (внаслідок розвантаження масиву) вплив очисних робіт на гір-

10