tehspgrv47

вновь проводимой выработки будет несущественным. Интенсивность воздействия смежных (сопрягающихся) выработок резко возрастает при креплении их жесткой крепью и особенно при переходе пород из одного состояния в другое (например, из II категории устойчивости в

III или IV).

Особенно большое влияние на условия поддержания выработок оказывают очистные работы, в результате которых в массиве нарушается первоначальное равновесие, происходит интенсивное сдвижение пород, резко изменяется напряженно-деформированное состояние пород. Вредное или полезное (вследствие разгрузки массива) воздействие очистных работ на горные выработки, а также интенсивность проявлений горного давления определяются, с одной стороны, расположением выработки по отношению к очистным работам, с другой – сроками проведения выработок относительно времени производства очистных работ. Надежное поддержание выработки в этих условиях может быть обеспечено либо за счет придания выработке конструктивной податливости, компенсирующей перемещения пород в зонах опорного давления, либо проведением выработки в зоне разгруженных пород, после завершения стадии активного сдвижения массива.

Общий порядок выбора крепи и ее расчета для конкретной выработки слагается из следующих этапов, проводимых дифференцированно по отдельным участкам выработки, имеющим одинаковые свойства пород и объемно-планировочное решение:

–на основании анализа исходных данных и принятых горных мер охраны выработки проводится оценка механического состояния массива (с учетом его упрочнения), и расчетом устанавливается категория устойчивости пород;

–по категории устойчивости пород осуществляется предварительный выбор типа и конструкции крепи, технологии ее возведения;

–исходя из анализа взаимодействия пород и крепи производится расчет смещений и нагрузок на крепь;

–с учетом возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий на крепь проводится расчет самой крепи, в необходимых случаях прорабатываются варианты конструктивной защиты крепи и рассчитываются параметры элементов защиты;

–в особо ответственных случаях дополнительно выполняется специальный прочностной расчет крепи (внутренних усилий, напряжений) и проводится проверка устойчивости формы крепи.

Окончательный выбор крепи по длине выработки производится на основании технико-экономического сравнения затрат на проведение

11

и поддержание выработки в нормальном эксплуатационном состоянии в течение всего срока ее службы.

4 ВЫБОР КРЕПИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

4.1 Основные исходные данные и расчетные положения

Важнейшим условием эффективной работы шахт является обеспечение рабочего состояния сети подготавливающих и примыкающих к очистным забоям подготовительных выработок с минимальными затратами и потерями угля в целиках. Проектируют главные подготавливающие выработки, как правило, из условия их безремонтного поддержания. В пластовых выработках на выемочных участках (панелях, блоках) при соответствующем экономическом обосновании допускаются плановые ремонтные работы по замене отдельных деформированных элементов крепи и подрывке пород почвы.

В настоящем задании по исходным геологическим (глубина заложения, литологический состав, мощность и прочность пород, их угол падения) и горно-техническим (форма и размеры выработки в проходке, условия проведения и эксплуатации, предполагаемый срок службы) данным, на основании расчетов смещений пород по контуру выработки, необходимо установить рациональное месторасположения выработки относительно очистных работ, определить нагрузку на крепь, выбрать тип и параметры крепи, а если это необходимо, средства усиления основной крепи и параметры способов активного управления горным давлением, а также обосновать эффективные способы и параметры охраны и средства поддержания выработок. Принимаемые решения должны обеспечить надежное рабочее состояние выработки в течение всего срока службы при минимальных суммарных затратах на проведение и поддержание.

Выбор способов охраны и средств крепления необходимо производить на основе сравнения ожидаемых смещений по контуру выработки с допускаемыми деформациями породного обнажения и крепи. В выработках, расположенных в зоне влияния очистных работ, следует предусматривать податливые конструкции крепи.

Расчет проявлений горного давления, выбор типа и параметров крепи, а также средств усиления следует выполнять согласно отраслевым нормативным документам [4, 5].

Расчет выполняется в следующей последовательности:

12

–из первого расчетного задания принимают размеры поперечного сечения горной выработки в проходке;

–рассчитывают ожидаемые смешения пород дифференцированно в кровле, почве и боках выработки с учетом влияния геологических и горно-технических факторов;

–по величине максимальных смещений пород на контуре выработки определяют нормативную и расчетную нагрузки на крепь, выбирают ее тип, конструкцию и рассчитывают плотность установки;

–выбирают и рассчитывают, если это необходимо, средства усиления основной крепи и параметры способов активного управления горным давлением для уменьшения смещений пород (подрывка, обратный свод, анкерование, упрочнение пород, разгрузка массива и т.д.);

–с учетом расчетных смещений пород и плотности установки крепи, а также дополнительных мероприятий по уменьшению смещений пород определяют податливость крепи и окончательно устанавливают необходимые размеры сечения выработки в проходке.

Расчетную глубину Нр	размещения выработки следует опреде-
лять по формуле:
Hp	H k ,	(1)

где Н – проектная фактическая глубина размещения выработки или ее участка от поверхности; для наклонных выработок параметр Н принимают по участкам с изменением глубины на 50 м; k – коэффициент, учитывающий отличие напряженного состояния массива по сравнению с напряженным состоянием от собственного веса толщи, принимаемый равным 1 для обычных условий; в зонах влияния очистных работ и других выработок, а также в районах воздействия тектонических процессов, коэффициент следует устанавливать дополнительным расчетом или экспериментально, при отсутствии данных коэффициент k принимается равным 1,5.

Расчетное сопротивление сжатию пород в массиве определяют с

учетом на нарушенности и обводненности по формуле:
Rc R kc k ,	(2)

где R – среднее значение сопротивления пород в образце одноосному сжатию, устанавливаемое по результатам испытаний пород при естественной влажности (при определении прочности пород по коэффициенту крепости f М.М. Протодьяконова пересчет в МПа при f 3 производят по формуле R 10 f , а коэффициент крепости пород f следует принимать согласно СНиП [12]);

13

kc – коэффициент, учитывающий нарушенность массива пород

поверхностями без сцепления или с малой связностью (зеркала скольжения, трещины, глинистые прослои);

k – коэффициент, учитывающий снижение прочности пород за

счет воздействия влаги и определяемый по результатам испытаний образцов во влажном состоянии; в случае длительного обводнения пород в выработках (например, затопление) сопротивление пород R, контактирующих с водой, уменьшается для песчаников, алевролитов и аргиллитов соответственно на 20, 40 и 50 %.

Значение коэффициента kc определяется по данным анализа

нарушенности массива пород в местах расположения выработки согласно табл.2.

Таблица 2 – Коэффициент структурной нарушенности в зависимости от расстояния между поверхностями ослабления [2]

Среднее расстояние между по-	Коэффициент kc
верхностями ослабления пород, м
Более 1,5	0,9
От 1,5 до 1	0,8
От 1 до 0,5	0,6
От 0,5 до 0,1	0,4
Менее 0,1	0,2

При отсутствии данных о расстоянии между поверхностями ослабления значения kc допускается определять исходя из тектонической характеристики места их расположения в соответствии с табл. 3.

Расчетное сопротивление пород сжатию Rc по контуру выра-

ботки должно определяются с учетом всех вмещающих слоев (пластов), мощностью более 0,1 м, залегающих на расстояниях от контура в кровле 1,5 b, в почве 1 b (b – ширина выработки, м), а в боках при пологом и наклонном падении – в пределах высоты выработки, при крутонаклонном и крутом – на расстоянии 1 b (рис. 1).

Усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию определяется по формуле:

R		Rс1 m1 Rс2 m2 ... Rсn mn	,	(3)
с.ср		m1 m2 ... mn

где Rс1 , …, Rсn – расчетное сопротивление слоев пород сжа-

14

тию, МПа;

m1 , …, mn – мощность слоев пород, м.

Таблица 3 – Коэффициент структурного ослабления в зависимости от тектонической нарушенности пород [5]

	Тектоническая нарушенность места	Коэффициент
	расположения выработки	kc
	Вне пликативных нарушений с радиусом более
	300 м или в зоне дизъюнктивных нарушений на рас-	0,9
	стоянии свыше 4N (N – нормальная амплитуда нару-
	шения, м), т.е. вне зоны влияния нарушения
	В пликативном нарушении с радиусом от 300 м до
	100 м или в зоне влияния дизъюнктивного нарушения	0,6
	на расстояниях от него от 4N до 1N
	Непосредственно в дизъюнктивных нарушениях на
	расстояниях от них менее 1N, в том числе в замках	0,3
	тектонических нарушений

При изменчивости расчетного сопротивления пород сжатию в кровле, боках или почве выработки свыше 30 %, Rc следует рассчи-

тать по формуле (3) отдельно по элементам выработки.

Для выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, дополнительно определяется расчетное сопротивление пород сжатию Rc.ср , как среднее по мощности всех слоев.

Расчетное сопротивление пород сжатию Rc по длине выработки

следует определять с учетом ее разделения на отдельные участки:

– к одному участку относятся все пересекаемые выработкой слои с толщиной свыше 0,5 м, значения Rc которых находятся в пре-

делах до 30 %; для этого участка величина Rc определяется усреднением по формуле (3);

– при объединении смежных участков, значения Rc которых отличаются более чем на 30 %, Rc объединенного участка следует

принимать по наименьшей прочности объединяемых участков. Расчетные и нормативные характеристики материалов крепи

следует принимать с учетом их работы в подземных условиях, руководствуясь при этом соответствующими стандартами и главами СНиП.

15

о.кр

о.б.

1,5b

h

b

b

Рисунок 1 – Схема к определению расчетного сопротивления пород сжатию

4.2 Расчет смещений пород на контуре выработки

4.2.1 Полевые и пластовые выработки вне зоны влияния очистных работ

Смещения пород кровли, почвы и боков в горизонтальных и наклонных выработках, поддерживаемых вне зоны влияния очистных работ (U ; Uо.пч; U ) , следует рассчитать по формулам:

Uо.кр Uт.кр k kш kв kt	;
Uо.пч Uт.пч k kш kв kt	;	(4)
Uо.б Uт.б k k kш kв kt ,

где Uт.кр; Uт.пч; Uт.б. – смещения пород, принятые за типовые и

16

	определяемые по рис.2 в зависимости от расчетного значения прочно-
	сти Rc пород и глубины расположения выработки Нр [5];
	Uт,
	мм			Rc=10 МПа
	1400
	1200
	1000					20
	800					30
	600						40
							50
	400						60
							70
	200						80
							100
	0							120
		200	400	600	800	1000	1200	Н, м
	Рисунок 2 – Графикидля определения типовых смещения пород
	k	– коэффициент влияния угла залегания пород и направления
	проходки выработки относительно наплостования пород, (табл. 4 [5]);
	k	– коэффициент, характеризующий направление смещения
	пород принимаемый, для боковых смещений по табл. 4 [5];
	kш	– коэффициент влияния ширины выработки, определяемый
	соответственно для кровли и почвы по формулам:

kш	0,2 (b 1) ;	(5)
kш	0,2 (h 1),	(6)

здесь b, h – соответственно ширина и высота выработки в проходке, м;

17

	Таблица 4 – Значения коэффициентов k								и k
Груп-		Выработки		20		21 30		31 40		41 50		50
па				k	k	k	k	k	k	k	k	k	k
	Пластовые		горизон-
	тальные и наклонные,
1	полевые горизонталь-			1,0	0,35	0,95	0,55	0,8	0,8	0,65	1,2	0,6	1,5
	ные,	проведенные по
	простиранию
	Полевые,		проведен-
2	ные под углом 30-70º			0,850,45		0,8	0,65	0,65	0,9	0,45	1,05	0,351,1
	к	напластованию
	(простиранию) пород
3	То же, под углом 70-			0,7 0,55		0,6	0,8	0,45	0,95	0,25	0,95	0,2 0,8
	90 º

kв – коэффициент воздействия других выработок; для одиноч-

ных и подготавливающих выработок принимают kв = 1; для сопряжений и пересечений выработок, а также для параллельных выработок значение kв следует назначать согласно [2, 3, 5];

kt	4	8	12		16	kt 20 24	28	32	36	40
0,9						0,9
					20					Н/Rс.ср=60
					24
0,7						0,7
					28
					32
					36
0,5					40	0,5
0,3					Н/Rс.ср=60	0,3
0,1						0,1
0	2	4	6	8	10 t,мес	0	4	6	8 10	12 14 t,лет
						2
			а						б

Рисунок 3 – Графики для определения коэффициента kt

kt – коэффициент влияния времени на смещения пород; для ус-

ловий t 1 год определяется по графикам на рис. 3, а; для условий

18

1 t 15 лет при Н/ Rс.ср = 20 – 60 – на рис. 3, б; а при t 15лет и других значениях Н/Rс.ср коэффициент kt 1.

Общая конвергенция пород в выработке определяется путем суммирования смещений пород в кровле и почве: Uобщ. Uо.кр Uо.пч .

4.2.2 Пластовые выработки, погашаемые за очистным забоем

Смещения пород кровли, почвы и боков за весь срок службы выработки погашаемой за очистным забоем, для одиночных лав следует определять по формулам:

Uкр Uо.кр U1 kкр ks kk ;
Uпч Uо.пч U1 kкр ks	(1 kk );	(7)
Uбок Uо.бок U1 kкр	ks k ,

где Uо.кр , Uо.пч , Uо.бок – соответственно смещения (мм) пород

кровли, почвы и боков за период существования выработки вне зоны влияния очистных работ, рассчитываемые по (4);

	U1– общие смещения пород (мм) в зоне временного опорного
давления очистного забоя, определяемые по графику рис. 4 [5];
	kкр	–	коэффициент влияния класса кровли по обрушаемости,
принимаемый для легкообрушающейся кровли										kкр 0,8, среднебру-
шающейся kкр 1,0					и труднообрушающейся kкр 1,2 ;
	ks	–	коэффициент, учитывающий влияние площади сечения
выработки в свету до осадки, определяемый по табл. 5 [5];
	Таблица 5 – Значения коэффициента ks
Sпр, м2		4		6		8	10	12	14	16	18	20
ks	0,65			0,8		0,9	1,0	1,1	1,2	1,25	1,35	1,45

kк – коэффициент, характеризующий долю смещений пород

кровли в общих смещениях пород, определяемый по рис. 5 [5].

Для спаренных лав с отставанием второй лавы от первой не более чем на 20 м смещения рассчитываются по формулам:

Uкр Uо.кр 1,3U1 kкр ks kk

(8)

19

Uт,

ммRс.ср=10 МПа

	1000
													15
														20
					800
																30
																	40
																			50
				600
																					60
																								80
		400
																										100
20
			200
						0
										400								800
																													1200		Н, м

Рисунок 4 – Смещения пород в зоне временного опорного давления очистного забоя

Rc.пч
																											Rc.пч
	kk=0,1																																						kk=0,1
МПа																											МПа
				0,9
																																										0,9
						0,8
80																													80
								0,7																																				0,8
											0,6
																																														0,7
														0,5
60																																																		0,6
																													60
																																																				0,5
																			0,4
																																																					0,4
40																				0,3
																														40
																																																							0,3
																						0,2
																																																									0,2
																								0,1
20																																																										0,1
																															20
0																																0
																																																					80			Rc/крМПа
		20													60						80		Rc/крМПа														20			40					60
							40
												а																																			б

Рисунок 5 – Графики для определения коэффициента kк :

а – для пологого и наклонного падения; б – для крутого и крутонаклонного падения

20