tehspgrv47

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ И ГОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я к самостоятельной работе

при выполнении индивидуальных заданий на тему "РАСЧЕТ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ, ВЫБОР ТИПА КРЕПИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ"

(для студентов 3 – 4 курсов всех форм обучения по направлению "Горное дело")

Рекомендовано на заседании кафедры СГ и ГС

протокол № 7 от 25.03.2008 г.

Утверждено на заседании методсовета ДонГТУ

протокол №5 от 8.04.2008 г.

Алчевск

ДонГТУ

2008

1

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. – 68 с.

Наведено порядок розрахунку зміщень порід на контурі виробок, які проводять у різних гірничо-геологічних та гірничотехнічних умовах. Надані методичні рекомендації щодо вибору типу й розрахунку 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.

УДК 622.012

Методические указания к самостоятельной работе при выполнении индивидуальных заданий на тему "Расчет проявлений горного давления, выбор типа крепи и определение ее параметров" по дис-

циплине «Строительство горных выработок» (для студентов 3 – 4 курсов всех форм обучения по направлению "Горное дело") / Сост.: Г.В. Бабиюк, Э.В. Фесенко. – Алчевск: ДонГТУ, 2008. – 68 с.

Приведен порядок расчета смещений пород на контуре выработок, проводимых в различных горно-геологических и горнотехнических условиях. Даны методические рекомендации по выбору типа и расчету параметров крепей подготовительных выработок. Рассмотрены примеры расчетов для различных условий проведения и эксплуатации горных выработок.

Составители:	Г.В. Бабиюк, проф.
	Э.В. Фесенко, доц.
Рецензент:	В.А. Касьянов, доц.
Ответственный за выпуск:	Г.Г. Литвинский, проф.
	2

ВВЕДЕНИЕ

Методическая разработка составлена с целью дать студентам ориентировочную основу для их мысленных действий при выборе типа и определении параметров крепи подготовительных выработок на угольных шахтах.

Расчет проявлений горного давления, выбор типа крепи и определение ее параметров производится при составлении проекта крепления выработки, предусматривающего безремонтное эксплуатационное состояние выработки в течение всего срока ее службы. При этом эксплуатационная надежность выработки обеспечивается за счет:

–выбора места ее целесообразного размещения по отношению к другим выработкам и очистным работам, а также определения оптимальных габаритов исходя из назначения, производственной мощности горного предприятия и безопасности ведения работ;

–эффективного учета геомеханических воздействий массива горных пород на выработку и ее крепь;

–применения рациональных способов охраны и конструктивных мер защиты выработки от интенсивных проявлений горного давления.

В указаниях приведены нормы проектирования подготовительных выработок угольных шахт в зависимости от их роли в обеспечении функционирования горного предприятия, условий поддержания и срока службы, компоновки и взаимной увязки с другими горными выработками и, прежде всего, с очистными работами. Приведены также рекомендации и примеры расчетов устойчивости пород в выработках, определения величин смещения породного контура выработки и нагрузок на крепь, выбора рациональных типов и определения параметров крепи, обеспечивающих высокую эффективность поддержания выработок в течение всего срока их службы при минимальных затратах труда и материалов.

Использование в учебном процессе данной разработки даст возможность повысить качество и глубину усвоения студентами материала курса, будет способствовать выполнению ими на высоком уровне расчетно-графических работ по реальным данным, и, в конечном итоге, позволит улучшить подготовку горных инженеров.

3

1 ЦЕЛЬ И МОТИВИРОВАННОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗНАЧЕНИЯ РАБОТЫ

Объем практического занятия – 4 учебных часа.

Конечная цель занятия состоит в овладении студентами методикой проектирования крепи подготовительных горных выработок на примере решения типовой задачи согласно действующей нормативной документации.

Учебная цель занятия заключается в закреплении и углублении теоретических знаний студентов, полученных ранее при изучении соответствующих курсов, нормативных положений по проектированию крепей горных выработок, а также приобретении умений самостоятельной работы при определении параметров крепи.

Данное занятие выполняется после изучения раздела "Горное давление и крепь выработок" курса "Строительство горных выработок" [1], где рассматривается порядок расчета и выбора крепей подготовительных выработок угольных шахт. При составлении указаний использованы следующие нормативных документы: СНиП ІІ-94-80 [2], "Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи" [3], "Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР" [4], "Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок" [5] и "Прогрессивные паспорта крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок при бесцеликовой технологии отработки угольных пластов" [6]. Полученные при выполнении задания навыки самостоятельной работы будут использованы в курсовом и дипломном проектировании, а также в будущей практической деятельности.

2 ЗАДАНИЕ НА САМОПОДГОТОВКУ

Целью самоподготовки является овладение базисными знаниями, необходимыми при выполнении расчетной работы по выбору крепи и определениюеепараметров для подготовительнойвыработки.

Приступая к выполнению задания, студент должен:

–знать основы алгебры, геометрии и тригонометрии;

–уметь ориентироваться в комплексе подземных горных выработок согласно их назначения и элементов залегания полезного ископаемого;

–знать методику проектирования рамных и анкерных крепей горных выработок;

4

– знать основные типы крепи подготовительных выработок и уметь выбирать крепь и определять ее параметры в ситуациях, когда происходит изменение состояния массива горных пород под воздействием горных работ.

Все перечисленные вопросы изучались ранее, поэтому студенту следует повторить теоретический и нормативный материал, необходимый для решения задач, выносимых на практическое занятие, в том числе используя настоящие указания. Список рекомендуемой литературы приведен в конце методических указаний. Кроме того, в указаниях даны контрольно-учебные тесты, на которые необходимо дать ответы перед занятием. Обратите особое внимание на примеры решения задач!

Для успешного усвоения материала рекомендуется составить конспект и сделать необходимые выписки из нормативных документов.

Для выполнения расчетов на практическом занятии студенты должны иметь калькуляторы.

3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Проектирование крепи выработок является неотъемлемой составной частью проектирования подземной горной выработки и должно осуществляться на основе:

–данных, определяющих назначение, срок службы, условия проведения и эксплуатации выработок;

–результатов инженерных изысканий, включающих данные инженерно-геологического, гидрогеологического и маркшейдерскогеологического изучения мест размещения выработок;

–требований утвержденных нормативных документов, [2, 3], государственных стандартов [9], а также правил безопасности [10] и технической эксплуатации [11] угольных шахт.

Инженерные изыскания для проектирования выработок следует выполнять в соответствии с требованиями СНиП [2], а материалы для проектирования выработок во время их строительства должны включать следующие данные:

–геоморфологию места намечаемого расположения проектируемой выработки, включая стратиграфию и тектонику массива горных пород;

–литологическую характеристику пород массива;

5

–результаты испытаний механических свойств пород;

–гидрогеологическую характеристику массива и характеристику его газоносности.

При проектировании выработок на действующих шахтах материалы должны, кроме того, включать сведения о месте их расположения по отношению к очистным работам и другим выработкам и возможном влиянии на проектируемую выработку с точки зрения изменения исходного состояния массива, обводнения выработки, а также состава, строения и свойств горных пород вокруг этих выработок.

Выбор места размещения выработки следует производить с учетом устойчивости вмещающих ее пород, а также компоновочных решений всего комплекта выработок на предприятии. Место целесообразного размещения (расположения, заложения) выработки является одним из основных условий, обеспечивающих нормальное состояние выработки в течение всего срока ее службы при минимальной стоимости сооружения и поддержания, а также при рациональном использовании недр.

В общем случае вопрос о выборе места размещения выработки является комплексной многовариантной задачей, предполагающей разработку нескольких вариантов размещения, компоновки и взаимной увязки выработок с учетом их назначения, условий сооружения и эксплуатации, включая вопросы вентиляции, транспорта, водоотлива, технологии и организации строительства, предусматривая в каждом варианте наиболее рациональную крепь с точки зрения эффективности

ееработы и трудоемкости возведения. Расчеты для каждого варианта по оценке устойчивости пород, определению формы и размеров выработки, величин смещений пород и нагрузок на крепь следует производить с учетом мер охраны и защиты выработок, способов их сооружения на основании действующих типовых проектов.

При технической возможности и экономической целесообразности выработки следует размещать:

–за пределами крупных тектонических нарушений, разломов и зон интенсивного дробления пород, а также вне зон влияния очистных работ;

–в местах, исключающих оставление предохранительных цели-

ков;

–в устойчивых породах или вкрест простирания слоистости и трещиноватости;

–в массивах пород, предварительно разгруженных от горного давления.

6

В тех случаях, когда выполнить вышеприведенные рекомендации невозможно, необходимо стремиться к тому, чтобы потери в целиках были минимальными, протяженность участков выработки в зонах повышенного горного давления была наименьшей, а специально назначаемые меры охраны и защиты выработки были надежными и обеспечивали безопасность ее проведения и эффективную эксплуатацию.

Поперечное сечение горизонтальных и наклонных выработок, сооружаемых в устойчивых породах, следует принимать исходя из удобства эксплуатации и проведения, а при наличии проявлений горного давления – с учетом их формы (пучение, сводообразование и т.д.). При косонаправленном горном давлении следует применять несимметричные типы крепи с направленной податливостью.

При расчете проектного сечения выработки вчерне (в проходке), кроме толщины крепи и забутовочного материала, надлежит учитывать определяемые по действующим нормам [2-5] смещения пород, реализовавшихся при жестком типе крепи за период до ее возведения, а при податливом – за весь срок эксплуатации выработки, либо за период до исчерпания конструктивной податливости крепи.

Сравнение вариантов при назначении типа крепи следует производить по ее стоимости и материалоемкости. Расчет производится для наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут реализовываться одновременно при строительстве и эксплуатации выработки. При сравнении вариантов крепи необходимо учитывать уровень механизации ее возведения и стремиться к тому, чтобы аэродинамическое сопротивление в выработке было наименьшим.

Для улучшения условий поддержания и обеспечения надежного состояния горизонтальные и наклонные выработки следует располагать в благоприятных с точки зрения их устойчивости условиях, а при невозможности этого необходимо применять горные меры охраны и конструктивные меры защиты. Первые направлены на уменьшение, локализацию, предотвращение недопустимого деформирования массива пород, окружающих выработку, при принятой крепи, а вторые предназначены для полного или частичного приспособления конструкции крепи и технологии ее возведения к ожидаемым (расчетным) проявлениям горного давления. Способы охраны выработок обеспечиваются управлением и регулированием деформирования массива пород, окружающих выработку, а конструктивные меры – выбором необходимой податливости крепи, ее конструкции и режима взаимодей-

7

ствия с окружающими породами.

К горным мерам охраны и конструктивным мерам защиты отно-

сятся:

–оставление предохранительных целиков, исключающих влияние очистных работ;

–расположение выработок на расстояниях, исключающих их взаимное влияние;

–рациональный порядок ведения горных работ;

–расположение выработок в предварительно разгруженной области массива;

–механизированная закладка выработанного и закрепного пространства;

–предварительное либо последующее упрочнение массива по-

род;

–уменьшение концентрации напряжений за счет выбора формы поперечного сечения выработки и применения различных методов разгрузки пород;

–применение тампонажа закрепного пространства;

–регулирование несущей способности и податливости крепи. Перечисленные охранные и конструктивные мероприятия по

обеспечению устойчивости выработки следует назначать на основе сравнения ожидаемых деформаций массива горных пород с допускаемыми величинами податливости крепи. Способы применяются самостоятельно либо, если это необходимо, в различных сочетаниях друг с другом.

Выбор конструкции, параметров и расчет крепи должен производиться дифференцировано по участкам выработки с одинаковыми свойствами пород и размерами, исходя из оценки устойчивости пород, определения величин смещений породного контура в кровле, боках и почве выработки, расчета нагрузок на крепь с учетом возможности комплексной механизации изготовления и возведения крепи, а также обеспечения надежности и безопасности работ в течение всего срока службы выработки.

Проектирование крепи выработок включает в себя следующие этапы: определение характера проявлений горного давления или категории устойчивости пород; выбор типа крепи и технологии ее возведения; прогнозирование смещений контура выработки и расчет нагрузок на крепь; выбор конструктивной схемы крепи и расчет ее параметров.

При выборе конструкции и определении параметров крепи следует также учитывать особые требования, связанные с воздействиями

8

динамических нагрузок, агрессивных подземных вод, а также с обеспечением водо- и газоизоляции выработок.

В зависимости от характера проявлений горного давления, согласно СНиП [2, 3], выделяются четыре категории устойчивости пород (табл. 1), при которых для поддержания выработки в рабочем состоянии необходимо предусматривать нижеследующие типы крепи в сочетании с мероприятиями по упрочнению пород:

–в породах І категории устойчивости достаточны крепи, предохраняющие породы от выветривания, вывалообразования и обрушения; в прочных монолитных и малотрещиноватых породах выработка может эксплуатироваться без крепи;

–в породах ІІ категории устойчивости, как правило, достаточны податливые крепи с небольшой несущей способностью или крепи ог- раждающе-упрочняющего типа (анкеры, набрызгбетон);

–в породах ІІІ категории устойчивости необходимо устанавливать ограничено-податливые крепи со значительной несущей способностью, а для предотвращения развития пучения пород в этих условиях крепь должна быть замкнутой, либо необходимы меры по предотвращению пучения пород почвы;

–в породах IV категории устойчивости из-за непрекращающегося интенсивного вязкопластического течения пород в выработку требуется возведение замкнутой ограниченно-податливой крепи со значительной несущей способностью в сочетании с различными способами упрочнения пород либо применение специальных податливых крепей.

Следует отметить, что в породах всех категорий обязательным является согласование конструкции, механической характеристики и параметров крепи с технологическими способами сооружения выработки. При выборе жестких типов крепи следует иметь в виду, что воспринимаемые крепью нагрузки в существенной мере зависят от места установки крепи (расстояния от проходческого забоя) и в ряде случаев за счет определенного отставания крепления выработки нагрузки на крепь могут быть значительно снижены. Этот фактор является особенно существенным в породах с ярко выраженной ползучестью, где эффект может быть достигнут путем создания оптимального зазора между крепью и контуром выработки.

Условия крепления и поддержания выработок, находящихся в массиве, испытывающем влияние смежных или сопрягающихся выработок, зависят от категории устойчивости пород до и после проведения смежной или сопрягающейся выработок, типа и конструкции крепи выработок и сопряжения, порядка и времени проведения смежной

9

или сопрягающейся выработок, расстояния до смежной выработки и угла между сопрягающимися выработками.

Таблица 1 – Категории устойчивости пород в выработках

Категория

Оценка

состояния

Общая

Меры

устойчивости

устойчиво-

характеристика

поддержания

пород в

сти

состояния пород

выработки

выработке

пород

I

Устойчивое

Разрушения

пород

отсут-

Эксплуатация

выра-

ствуют (либо имеются от-

ботки

возможна

без

дельные нарушения); сме-

крепи либо при изо-

щения пород не отража-

лирующих

типах

ются на изменении формы

крепи

(набрызгбе-

и размеров обнажения

тон, химические по-

крытия др.)

II

Средне-

Разрушения

пород

имеют

Применение

крепей

устойчивое

незначительное

распро-

маломощных,

подат-

странение в глубь массива;

ливых, а также ог-

смещения пород и нагруз-

раджающе

–

ки на крепь невелики и,

упрочняющих

типов

как правило, носят зату-

(анкерные

крепи,

хающий характер

торкрет и набрызг-

бетон)

III

Неустойчи-

Разрушениями

пород ох-

Применение жестких

вое

вачена

обширная

зона

в

и ограниченно

по-

глубь массива; значитель-

датливых

крепей с

ные смещения

пород

и

большой

несущей

нагрузки на крепь, слабо

способностью

затухающие во времени

IV

Очень

Вокруг выработки форми-

Применение мощных

неустойчи-

руется большая зона раз-

замкнутых

ограни-

вое

рушенных пород, обра-

ченно-податливых

зующаяся впереди

забоя;

крепей в сочетании с

весьма значительные сме-

различными

спосо-

щения

и

нагрузки

на

бами упрочнения по-

крепь,

увеличивающиеся в

род вокруг выработ-

течение всего срока служ-

ки

бы выработки

Если ранее пройденная выработка закреплена податливой крепью и после проведения смежной (сопрягающейся) выработоки породы сохраняют I или II категории устойчивости, то вредное влияние

10