6 Розрахунок і вибір кріплення конвеєрного штреку

6.1 Загальні положення

Для збереження необхідних розмірів поперечного перетину і підтримки виробок у безпечному стані у виробках установлюють кріплення.

Кріплення гірських виробок повинно задовольняти наступним вимогам:

- бути досить міцним, стійким і довговічним, підтримувати виробки у безпечному стані протягом усього терміну служби;

- мінімально заповнювати перетин виробки, не заважати виконанню технологічних процесів, мати невеликий опір руху повітря;

- забезпечити можливість механізації її зведення, бути транспортабельною, не трудомісткою при зведенні та ремонті;

- забезпечувати можливість її максимального витягу з виробок, що погашаються, і подальшого повторного використання;

- конструкція і матеріал кріплення повинні відповідати терміну служби виробок, а сума матеріальних витрат на виготовлення, зведення, експлуатацію і ремонт протягом усього терміну служби виробок повинна бути мінімальна.

6.2 Розрахунок параметрів кріплення

Розрахунок рамного металевого податливого кріплення виконуємо відповідно до інструкції [9].

До початку розрахунку необхідно скласти розрахункову схему. Для цього нормальні потужності пластів перераховуємо на вертикальні за формулою:

m

m_верт. = ----------, (6.1)

cos α

де m – нормальна потужність пласту, м;

m = 1,6 м;

α – кут падіння пласту, градус;

α = 4°

Знайдемо вертикальну потужність основної покрівлі пласту:

19,5

m_верт. = ---------- = 19,55 м

0,9976

Знайдемо вертикальну потужність безпосередньої покрівлі пласту:

2,5

m_верт. = ---------- = 2,51 м

0,9976

Знайдемо вертикальну потужність вугільного пласту:

1,6

m_верт. = ---------- = 1,60 м

0,9976

Знайдемо вертикальну потужність безпосередньої підошви пласту:

2,5

m_верт. = ---------- = 2,51 м

0,9976

Знайдемо вертикальну потужність основної підошви грунту:

6

m_верт. = ---------- = 6,01 м

0,9976

По вертикальним потужностям складаємо розрахункову схему, зазначену на малюнку 5.

Розрахунок опіру пластів у масиві R_ci знаходиться з обліком порушення масиву по формулі:

R_ci = R_i * К_с, (6.2)

де R_i – середнє значення опіру пластів порід у зразку одноосьового стиску, установлений за результатами іспитів (при визначенні міцності порід за допомогою коефіцієнта міцності по шкалі М.М.Протодьяконова f необхідним перерахуванням в мПа проводять по формулі:

R_i = 10f, (6.3)

К_с – коефіцієнт, що враховує додаткове порушення масиву порід поверхнями без зчеплення, або з малою зв'язаністю (дзеркала ковзання, тріщини, глинисті прошарки і т.п.):

К_с = 0,9

Малюнок 5. Розрахункова схема

За формулою (6.3) знаходимо всі середні значення опіру шарів порід у зразку одноосьового стиску:

R₁ = 10 * 10 = 100 мПа

R₂ = 10 * 8 = 80 мПа

R₃ = 10 * 1,45 = 14,5 мПа

R₄ = 10 * 7 = 70 мПа

R₅ = 10 * 9 = 90 мПа

За формулою (6.2) знаходимо розрахунковий опір пластів порід у масиві:

R_c1 = 100 * 0,9 = 90 мПа

R_c2 = 80 * 0,9 = 72 мПа

R_c3 = 14,5 * 0,9 = 13,05 мПа

R_c4 = 70 * 0,9 = 63 мПа

R_c5 = 90 * 0,9 = 81 мПа

Для суміжних пластів, що залягають по контуру поперечного перетину виробки, з мінливістю R_ci в межах до 30% приймають єдине ціле для усієї виробки усереднене значення розрахункового опіру порід стиску, обумовлений за формулою:

R_c1 * m + R_c2 * m + … + R_cn * m_n

R_c = -------------------------------------------, (6.4)

m₁ + m₂ + … + m_n

де R_c1 … R_cn – розрахунковий опір пластів порід стиску, мПа;

m₁ … m_n – потужність шарів породи, м.

Дані підставляємо у формулу (6.4) і одержуємо R_c для покрівлі:

90 * 5,17 + 72 * 3.59 + 13,05 * 1,6 + 63 * 1,00 807.66

R_c = ------------------------------------------------------------ = ---------- = 71,1 мПа,

5,17 + 3.59 + 1,6 + 1,00 11.36

Дані підставляємо у формулу (6.4) і одержуємо R_c для підошви:

72 * 1,08 + 13,05 * 1,6 + 63 * 2,51 + 81 * 3,61 549,18

R_c = ------------------------------------------------------------- = --------- = 62,41 мПа,

1,08 + 1,6 + 2,51 + 3,61 8,8

Дані підставляємо у формулу (6.4) і одержуємо R_c для боків:

72 * 1,08 + 13,05 * 1,6 + 63 * 1,00 161,64

R_c = ------------------------------------------------- = ---------- = 43,92 мПа.

1,08 + 1,6 + 1,00 3,68

Зсув порід покрівлі, підошви чи боків U у горизонтальних і похилих протяжних виробках, підтримуваних поза впливом очисних робіт, розраховуємо по формулі:

U = К_α * К_о * К_s * К_в * К_t * U_t, (6.5)

де U_t – зсув порід, прийнятий за типове й обумовлене по графіках [9, с.7] у залежності від розрахункового опіру порід стиску R_c і розрахункової глибини розташування виробки Н_р

U_t = 80 мм (для покрівлі)

U_t = 150 мм (для підошви)

U_t = 300 мм (для боків)

К_α – коефіцієнт впливу кута залягання порід і напрямку проходки виробки, щодо

простягання порід, обумовлений по таблиці [9, с.8];

К_а = 1;

К_о – коефіцієнт напрямку зсування порід, обумовлений по таблиці [9, с.8];

К_о = 1 (для зсуву з боку покрівлі і підошви);

К_о = 0,35 (для бічних зсувів);

К_s – коефіцієнт впливу розмірів виробки, обумовлений для покрівлі і підошви по формулі:

К_s = 0,2 * (В – 1), (6.6)

де В – ширина виробки в проходці, м;

К_s = 0,2 * (5,12 – 1) = 0,82 м

а для боків: К_s = 0,2 * (h – 1),

де h – висота виробки в проходці, м;

К_s = 0,2 * (3,68 – 1) = 0,54 м;

К_в – коефіцієнт впливу інших виробок, прийнятий для одиночних виробок

рівним 1, [9, с.8];

К_t – коефіцієнт впливу часу на зсув порід, що залежить від співвідношення Н_р/ R_c і визначається по графіках [9, с.10];

К_t = 1;

Дані підставляємо у формулу (6.5) і одержуємо зсув порід покрівлі, підошви і боків:

U_покр. = 1 * 1 * 0,82 * 1 * 1 * 80 = 65,6 мм

U_під. = 1 * 1 * 0,82 * 1 * 1 * 150 = 123 мм

U_бок. = 1 * 0,35 * 0,54 * 1 * 1 * 300 = 56,7 мм

Розрахункове навантаження Р на 1м виробки з боку покрівлі і підошви визначається за формулою:

Р = К_α * К_н * К_пр * В * р^н, кПа/м (6.7)

де В – ширина виробки в проходці, м;

К_n – коефіцієнт перевантаження, визначений по таблиці [14, таб. 4]

К_n = 1,1 (для покрівлі);

К_n = 1,1 (для підошви);

К_н – коефіцієнт надійності, прийнятий для головних приствольних виробок

рівним 1 [14, таб. 6];

К_пр – коефіцієнт умов проведення виробок, визначений по таблиці [14, таб. 5];

К_пр = 0,6;

р^н – нормативне навантаження, визначене по графікам [14, с. 11];

р^н = 40 кПа (для покрівлі);

р^н = 60 кПа (для підошви).

Дані підставляємо у формулу (6.7) і одержуємо розрахункове навантаження на 1м штреку з боку покрівлі і підошви:

Р_покр. = 5,12 * 1 * 1,1 * 0,6 * 40 = 135,17 кПа/м

Р_під. = 5,12 * 1 * 1,1 * 0,6 * 60 = 202,75 кПа/м

Розрахункове навантаження Р на 1м виробки з боку боків визначаємо за формулою:

Р_бок. = К_п * К_н * К_пр * h * р^н, (6.8)

де h – висота виробки, м;

К_п = 1,1 [14, таб. 4];

К_н = 1 [14, таб. 5];

р^н = 35 [14, с. 11];

Дані підставляємо у формулу (6.8) і одержуємо розрахункове навантаження на 1м штреку з боку боків:

Р = 1,1 * 1 * 0,6 * 3,68 * 35 = 85 кПа/м

Обираємо металеве податливе аркове тризвенне кріплення типу КМП-АЗ з типом спецпрофиля СВП-27, із замком ЗПК і несучою здатністю 215 кН. Конструктивна піддатливість вертикальна – 400 мм.

Щільність установки рам металевого податливого кріплення зі спецпрофіля на 1м довжини виробки знаходимо за формулою:

n = Р/N_з, (6.9)

Дані підставляємо у формулу (6.9) і одержуємо (Р приймаємо найбільшу):

n = 202,75/215 = 0,94

Приймаємо n = 1 рам/м [14, с.12].

Податливе кріплення перевіряємо за умовою:

Δ ≥ U_покр

де Δ – конструктивна підатливість кріплення, 400мм;

U_покр – очікувані розрахункові зсуви покрівлі;

400 ≥ 65,6

Отже, обране кріплення відповідає даним умовам.