tehspgrv48
.pdfКАФЕДРА 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