Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследований 8
1.1 Научные направления и методы изучения напряженного состояния массива пород вокруг выработки .8
1.2 Современные способы расчета нагрузок на крепь стволов и выбора параметров крепи
1.2.1 Современные способы расчета нагрузок на крепь стволов .11
1.2.2 Выбор параметров крепи .13
1.3 Современное состояние средств и способов проходки вертикальных горных
выработок .14
1.4 Горно–геологические условия месторождение Нуйбео 17
1.4.1 Обзор отечественного опыта проходки вертикальных стволов 17
1.4.2 Геологическая и горнотехническая характеристика месторождения...25
1.4.3 Вскрытие месторождения 29
1.5 Анализ причин нарушений крепи вертикальных стволов .31
1.6 Основные выводы задачи исследований .35
ГЛАВА 2 Экспериментальные исследования .36
2.1 Общие сведения о шахте «Нуйбео» Вьетнама 36
2.2 Методика исследований .40
2.3 Натурное обследование состояний крепи вертикальных стволов и сопряжний 40
2.4 Pезультаты обследования вертикальных стволов шахты «Нуйбео» и рекомендации по проектированию их реконструкции 44
2.5 Выводы по главе 2 50
ГЛАВА 3 Разработка методов расчета нормальных нагрузок на крепь вертикальных стволов 51
3.1 Методика расчета метода конечных элементов напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок 51
3.2 Исследование напряженно–деформированного состояния массива на участке сопряжения ствола и горизонтальной выработки с использованием программы ABAQUS .56
3.3 Метод расчета нагрузок на крепь стволов в упругих и вязкоупругих массивах 65
3.4 Метод расчета нормальных нагрузок на крепь стволов в нелинейных массивах .71
3.5 Выводы по главе 3 .78
Глава 4 Направления практического использования результатов исследований 80
4.1 Оценка категории устойчивости пород на участке ствола 80
4.2 Методика расчета нормальных нагрузок на крепь вертикальных выработок по схеме взаимодействия «крепь–порода» 83
4.3 Расчет толщиной крепи для вертикальных стволов шахты «Нуйбео» Вьетнама 85
4.4 Исследование напряженно–деформированного состояния системы «крепь– массива» вокруг горизонтальной выработки .101
4.5 Выводы по главе 4 .110
Заключение .111
Список литературы .1
- Современные способы расчета нагрузок на крепь стволов и выбора параметров крепи
- Натурное обследование состояний крепи вертикальных стволов и сопряжний
- Исследование напряженно–деформированного состояния массива на участке сопряжения ствола и горизонтальной выработки с использованием программы ABAQUS
- Расчет толщиной крепи для вертикальных стволов шахты «Нуйбео» Вьетнама
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Основные запасы каменного угля Вьетнама сосредоточены в районе Куангнинь и равнине Красной реки. В настоящее время разрабатываются, главным образом, месторождения в районе Куангнинь. Во Вьетнаме используются два основных способа разработки – открытый и подземный. В районе Куангнинь существует 5 крупных карьеров: Као Шон, Део Най, Кок Шау, «Нуйбео» и КаТу. Нуйбео один из самых крупных карьеров с производственной мощностью 5 миллионов тонн угля в год. В настоящее время на карьере выполняются работы по переходу от открытого способа разработки на подземный.
Для разработки подкарьерных запасов угля их необходимо вскрыть с помощью вертикальных стволов и обосновать тип крепи.
Исследованием геомеханических процессов при проектировании и строительстве вертикальных стволов занимались такие ученые, как Н.С Булычев, А.М. Козел, Г.А. Крупенников, А.Г. Протосе-ня, П.М. Цимбаревич, Г.Г. Мирзаев, К.В. Руппенейт, Ю.М. Либер-ман, В.В. Матвиенко, Н.А. Филатов, Ж.С. Ержанов и другие исследователи.
Горно–геологические условия разработки месторождения характеризуются наличием разломов и нестабильностью прочностных и деформационных характеристик горных пород. До настоящего времени во Вьетнаме не было опыта проектирования строительства вертикальных стволов вьетнамскими специалистами и организациями, поэтому тему диссертационной работы следует считать актуальной.
Цель диссертационной работы. Выбор типа и рациональных параметров крепи вертикальных стволов и их сопряжений при строительстве угольных шахт Вьетнама.
Идея работы. Параметры крепи вертикальных стволов и сопряжений определяются на основе выявленных закономерностей изменения напряженно–деформированного состояния системы «крепь–порода» с учетом прочностных и деформационных характеристик крепи и пересекаемой толщи пород.
Основные задачи исследований:
анализ горно–геологических условий района строительства стволов;
анализ натурных наблюдений за состоянием обнажения на участке сопряжения ствола и горизонтальной выработки для условий Вьетнама;
разработка геомеханической модели прогноза напряженного состояния массива на участке сопряжения ствола с горизонтом;
выявление закономерностей взаимного влияния вертикального ствола и горизонтальной выработки в узле сопряжения;
оценка устойчивости и обоснование параметров крепи вертикальных стволов и их сопряжений при строительстве угольной шахты «Нуйбео».
Методика исследований:
анализ горно–геологических условий для определения рационального типа крепи вертикальных стволов в условиях шахты «Нуйбео»;
натурные наблюдения за состоянием крепи вертикальных стволов и их сопряжений;
статистический анализ результатов обследования вертикальных стволов и сопряжения шахт «Нуйбео»;
численное моделирование системы «крепь–порода» методом конечных элементов.
Научная новизна работы:
наличие ствола приводит к увеличению коэффициентов дополнительной концентрации тангенциальных напряжений в боках и подошве горизонтальной выработки в два раза и в кровле в 2,3 раза, с удалением от ствола коэффициенты уменьшаются, зона влияния ствола составляет пять его радиусов;
горизонтальная выработка, при одностороннем сопряжении, оказывает неравномерное влияние на тангенциальные напряжения вокруг ствола, которые увеличиваются в три раза со стороны выработки и в два раза с обратной стороны ствола, зона влияния выработки составляет 5,5 радиус ствола.
Основные защищаемые положения:
1. Прогноз устойчивости обнажений вертикальных стволов и сопряжений нужно производить с использованием результатов рас-4
чета концентрации тангенциальных напряжений, полученных на основе разработанной пространственной конечно–элементной модели, учитывающей взаимное влияние выработок.
-
Величина нагрузок на крепь ствола и сопряжения зависит от взаимодействия системы «крепь–порода» и определятся с учетом прочностных, деформированных и реологических характеристик пород и влияния забоя ствола.
-
Параметры крепи вертикальных стволов и сопряжений определяются по методике, учитывающей совместную работу системы «крепь–порода», режим деформирования породного массива и прочностные и деформационные характеристики пород и крепи.
Практическая значимость работы. Разработана методика определения нагрузок на крепь вертикальных стволов и сопряжений и их параметров, учитывающая взаимодействие системы «крепь– порода».
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций: подтверждается использованием реализованного в рамках сертифицированного программного комплекса современного численного метода конечных элементов Simulia Abaqus; натурными наблюдениями за величинами перемещения контура выработок угольного «Нуйбео» Вьетнам; согласованностью результатов расчета аналитических и натурных исследований.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры строительства горных предприятий и подземных сооружений, на заседаниях научно-технического совета по работе с аспирантами Национального минерально-сырьевого университета «Горный».
Публикации. По теме диссертации опубликовано две работы, входящие в перечень ВАК Минобрнауки России.
Личный вклад автора заключается. В постановке задач исследований; в анализе натурных исследований деформирования пород вокруг выработок; в разработке конечно–элементных моделей; в проведении численных экспериментов и анализе полученных результатов; в разработке методики расчета нагрузок на крепь; в выборе типов и параметров крепи вертикальных стволов и сопряжений.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 91 наименований, 33 рисунков и 13 таблиц.
Современные способы расчета нагрузок на крепь стволов и выбора параметров крепи
Выбор способа проходки ствола зависит от параметров и назначения ствола, горно-геологических и гидрогеологических условий а также от условий применения каждого способа. Вертикальные стволы и их сопряжения с горизонтальными выработками при притоках воды в забое более 8 м3/ч (в мягких и неустойчивых породах, а также в скальных трещиноватых водоносных породах) следует проходить с помощью специальных способов, обеспечивающих повышение устойчивости горных выработок [56, 57].
Проходка вертикальных стволов ведется по различным технологическим схемам, выбора проходческого оборудования соответствующего, горногеологическим условиям. Наибольшее распространение имеет классификация технологических процессов проходки стволов, исходя из последовательности работ по продвижению забоя и возведению постоянной крепи [57]. В зависимости от этих работ выделяют три следующие схемы проходки стволов: последовательную, параллельную и совмещенную.
Проводились исследования эффективности различных технологических схем при проходке двух стволов с постоянным и выборочным хронометражем за всеми технологическими процессами проходческого цикла.
Стволы имели одинаковые диаметры в свету, параметры оснащения, гидрогеологических условия проходки и сходные физико-механических. При проходке стволов проверялись последовательная, параллельная и совмещенная технологи 15 ческая схема. Полученные результаты хронометражных наблюдений обрабатывались статистическими методами, что позволило определить структуру рабочего времени цикла, удельные затраты времени на 1 м проходки по всем технологическим схемам, расшифровать технологические потери tт.п и полезное время цикла tп [35,56,57].
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы: – совмещенная технологическая схема не является конкурентоспособной при выполнении работ по сравнению с параллельной; – при выполнении работ по совмещенной технологической схеме основные технологические процессы проводятся последовательно, вследствие чего изменяется в худшую сторону структура рабочего времени цикла, снижаются интенсивность труда и эффективность использования производственных ресурсов; – при параллельной технологической схеме выполнение работ по сравнению с совмещенной удельные затраты времени ниже на 30 – 50%, а стоимость ствола – на 25 %, технические скорости выше в 1,5 – 2 раза, а производительность труда – в 1,3 – 1,4 раза; это обусловлено тем, что вследствие совмещения основных технологических процессов доля полезного времени увеличилась до 88 %, затраты времени на технологические потери снизились до 0,12%, ненормируемые процессы и операции – на 20%; – при совмещенной технологической схеме выполнении работ (по сравнению с последовательной) удельные затраты времени снизились на 19%, а стоимость 1 м ствола на 9%. Технические скорости проходки и производительность труда возросли соответственно на 23 и 25 %; при этой схеме технологические потери времени равны 47%, параметр интенсивности Кин = 0,53, использование технологического оборудования составляет 45 % времени цикла; – наиболее высокая эффективность процесса труда и использования энергетических, материальных и производственных ресурсов достигается при параллельной схеме проходки. Однако этому варианту при использовании существующего оборудования присущи серьезные недостатки: ограниченная область применения; более высокие, чем при совмещенной схеме, стоимость и продолжительность оснащения; ухудшение безопасности выполненной работ и др. Данные примеры параллельной технологической схемы приводятся в работе [50]. В России эта технологическая схема проходки вертикальных стволов практически не применялась, в то время как за рубежом она является основной при проходке вертикальных стволов. В забое вертикального ствола производится выполнение работ по выемке породы. Постоянную крепь возводят сверху вниз с подвесного многоэтажного полка при помощи передвижной опалубки с поддоном. Подвесной полок расположен от забоя на расстоянии 20 – 25 м. При такой организации работ на руднике «Баффальс – Фонтейн» в 1962 г. было пройдено 381,3 м/мес. [32] Анализ практики проходки вертикальных стволов позволяет выявить еще ряд «узких мест» при выполнении работ по сооружению крепей выработок. Коэффициент использования шпура при проходке вертикальных стволов невысокий и колеблется в пределах от 0,75 до 0,85 по породам крепостью более 8, по слабым породам достигает 0,9 – 0,95. Кроме того, одно из «узких мест» – переборы породы, которые составляют 160 – 280 %. Перерасход бетона вследствие переборов породы достигает 3 – 4 м3 на 1 м ствола, а удорожание вертикальных стволов по этим причинам составляет 40 – 60%.
Одна из основных причин ухудшения технико-экономических показателей сооружения вертикального ствола и снижения производительности труда проходчиков – наличие 2–й фазы уборки породы в проходческом цикле при буровзрывном способе проходки. Объем породы, убираемой во 2–й фазе, составляет 10 – 15% общего объема разрушенного массива. На уборку этой породы обычно расходуется от 25 до 30% общего времени погрузки горной массы [59]. Хоть совмещенная схема и обладает рядом существенных недостатков, ее применение на данный момент является преобладающим, зачастую из – за несоответствия области применения схем с горно–геологическими условиями.
Натурное обследование состояний крепи вертикальных стволов и сопряжний
Рельеф местности разделен на два вида: исходный и искусственный. В шахтном районе расположен ручей ХаТу с шириной русла от 1 до 4 метров. Климат района характеризуется двумя сезонами. Дождливый сезон длится с апреля до октября, сухой сезон длится с ноября до марта следующего года. Температура меняется от 16 до 38 градусов Цельсия. Норма осадков – 2116,5 мм.
Главные угленосные отложения района относятся к Триасовой системе, верхнему отделу Норийского Яруса Хонгай. Основные петрографические составы – слои конгломератов, песчаников, алевролитов, реже–слои гравелитов и алевролитов. Район расположения шахтного поля–несимметричная синклиналь, разделенная разломом «Mongplane» на два крыла: западное и восточное. Гидрогеологические условия характеризуются двумя главными водоносными отложениями: – дырчато – водоносный горизонт расположен в четвертичном отложении и в отвальных породах. Возможность удерживания и проникновения воды очень хорошая. Горизонт расположен не на всех участках шахтного района; – главный водоносный горизонт расположен в угольном отложении. И з – за сложного геологического строения угольного месторождения «Нуй-бео» условия залегания весьма сильно влияют на распределение газовых зон. По прогнозам до –150 горизонта метаноносность пластов с I категорией, с горизонта – 150 и ниже II категория. Характеристика стволов
Проектом предусмотрено вскрытие шахтного поля двумя вертикальными стволами круглой формы поперечного сечения. При данной форме ствола возможно выполнение максимальной механизации работ проходческого цикла, назначения ствола, крепи и срока службы. Круглая форма ствола имеет наименьшее аэродинамическое сопротивление, что в дальнейшем не осложнит сооружение главных вентиляционных установок для проветривания. Выбор сечения ствола в первую очередь зависит от производственной мощности шахты, габаритов подъемных сосудов и другого оборудования, размещенного в стволе, и количества подаваемого в шахту воздуха для проветривания выработок. Величины зазоров в стволе регламентируются «Правилами безопасности в угольных шахтах». Монолитная бетонная крепь – наиболее распространенный вид крепи вертикальных выработок. Доля ее применения при строительстве стволов угольных шахт составляет около 95%. Стволы при бетонной крепи имеют круглую форму поперечного сечения. Толщина крепи 200-600мм при диаметре стволов в свету 4,5-8,0м. На шахте «НуйБео» проходятся клетевой и скиповой стволы диаметром в свету 6,0м.
Расстояние от контурных шпуров до стенки ствола должно быть не менее 200мм в крепких породах и 300мм – в породах средней крепости. Оставшуюся не разрушенную породу на периферийной части ствола дорабатывают отбойными молотками. Для взрывания применяют аммонит 6ЖВ в патронах диаметром 36мм. В качестве СВ применяют ЭД мгновенного действия в сочетании с ЭД замедленного действия.
Паспорта буровзрывных работ составляются на месте производства работ в соответствии с «Руководством по буровзрывным работам при проведении горных выработок». Взрывные работы должны производиться в полном соответствии с «Едиными правилами безопасности при ведении взрывных работ».
Конструкция крепи стволов принимается в соответствии с горными и гидрогеологическими условиями участка сооружения ствола. Расчеты конструкций ствола выполнялись ОАО. При проходке ствола в интервале отметок 0,0 -40, толщина крепи устья ствола и технологического отхода 500мм, из бетона марки В25W8, ниже -40,0 до конечной глубины толщина крепи стволов 350мм, из бетона марки В25 W8. Толщина крепи на участках сопряжений 500мм. Общая схема конструкций стволов шахты «Нуйбео» рисунок 2.2 . Рисунок
При выполнении натурных наблюдений применялись следующие методы [34,56]: – визуальное определение состояния вертикальных стволов, дефектов в крепи; – визуальное определение состояния материала несущих стен и конструкций вертикальных стволов с фиксацией местных дефектов бетонирования, обнажения арматуры, нарушений защитного слоя, видимых нарушений структуры бетона, негабаритности ограждения и т.д.; Целью обследования подготовительных выработок Нуйбео является: – проверка соответствия критерия устойчивости (категории устойчивости) фактическому состоянию выработок; – визуальная оценка качества выполненных работ по креплению выработок. Методика обследования включает: выбор участка выработки, измерение основных геометрических размеров сечения, описание применяемой крепи, визуальную оценку состояния элементов крепи и устойчивости обнажений в выработке.
Натурное обследование состояний крепи вертикальных стволов и сопряжений Физико–механических анализ пород показал, что диапазон изменения показателей пород очень большой, а угол залегания пород изменяется в пределах от 0 до 65 градусов, поэтому в данных горно–геологических условиях необходимо производить расчет для каждого сопряжения.
Исследование напряженно–деформированного состояния массива на участке сопряжения ствола и горизонтальной выработки с использованием программы ABAQUS
Сложность решения задач механики горных пород методами теории наследственной ползучести заключается главным образом в расшифровке операторных выражений согласно принципу Вольтерра. Между тем при постоянных напряжениях на границе рассматриваемой области расшифровку временных операторов можно существенно упростить, если воспользоваться вместо интегральных операторов функцией ползучести Ф.
Для Абелева ядра (3.25), выражение [11] для модуля упругости в момент времени t равно: 2(1 + v,) значение коэффициента Пуассона в момент времени t. Метод расчета нагрузки на крепь: для определения нормальной нагрузки на крепь ствола используем схему взаимодействие системы «крепь–порода» uK(p) = u1(p) + u (/l Н) - u0 (/l Н), (3.28) где u (АуН) = u(ЛуН) - ut1 (Ay H); u0(A.y.Н) - радиальное перемещение контура выработки до момента ввода крепи в работу; uk(p) - смещение крепи под действием суммарного давления пород; u1(p) - смещение пород в результате отпора крепи в момент времени; t; ut; ut1 смещения пород под действием снимаемой нагрузки, приложенной к контуру сечения выработки в моменты времени t и t1. Величина u0(Луіі) учитывает сдерживающее влияние забоя на развитие перемещений в призабойной зоне, которую можно аппроксимировать функций [65] u0 (/l Н) = u (/l Н) ( 1 -e-/?/), (3.29) где Р и l - указаны ранее. Внося зависимость (3.29) в условие (3.28), получим ut( ) = ut( )+ut( да- 1( да]e-д, (3.30) Из условия равенства радиальных перемещений системы «крепь-порода» может быть найдена величина давления на крепь ствола. Ek,vk - соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона крепи; R0 где R1,R0- соответственные внешний и внутренний радиусы крепи ствола. Выполним расчет нагрузки на крепь ствола при следующих исходных данных. Ствол сооружается в алевролите со следующими реологическими характеристиками а = 0,725, = 0,0094. Нагрузку найдем при t = 90 суток, когда крепь возводится в забоя при / = 0 и на расстоянии от него, равном одному радиусу. Время вступления в работу крепи примем в момент времени t1 =1,5,10 и 20сут.
Значение коэффициента влияния забоя в долях радиуса найдем из условия, что влияние забоя согласно расчетным данным [65], составляет 5 радиусов ствола, т.е при 1 = 5е р5=0,05, тогда /? = 0,59. Деформационные характеристики
Анализ результатов расчета показывает, что при вводе крепи в работу с массивом через сутки нагрузка на крепь будет наибольшей. Большое влияние на величину нагрузки на крепь ствола оказывает забой, изменяя расстояние l до забоя можно управлять нагрузкой на крепь ствола.
Приведенные выше результаты исследований будут использованы при проектировании крепей стволов и горизонтальных выработок на участках сопряжений шахты «Нуйбео».
Как известно, что в результате ведения горных работ в массиве происходит перераспределение напряжений, которые в конечном итоге разрушают породы и они теряют свою несущую способность. Как следствие, вокруг выработки образуются две области состояния этих пород: предельного и допредельного состояния (рисунок 3.12). Причем потеря несущей способности происходит либо в результате пластического течения, либо из – за хрупкого разрушения. UR
Диаграммы деформирования пород для различных геомеханических моделей Следует отметить, что в пластичных породах образование области предельного равновесия может происходить без заметных разрушений и проявляться в виде пластических деформаций без разрыва сплошности. При этом изменение механических свойств происходит незначительно, что позволяет использовать в данном случае геомеханическую модель идеально пластичного массива, представленную на рисунке 3.13. диаграммой 0ас.
По мере разрушения пород в области предельного равновесия изменяются их механические свойства: прочность пород на сжатие уменьшается до значения остаточной прочности а0сж. Этому случаю соответствует геомеханическая модель идеально хрупкого породного массива, описывающаяся диаграммой деформирования 0аb (рисунок 3.13). Наиболее общей является геомеханическая модель, учитывающая запредельное деформирование пород, ей соответствует диаграмма 0ае (рисунок 3.13).
Деформирование породных массивов без разрывов сплошности характерно для пластичных пород, а также имеет место и в породах, склонных к хрупкому разрушению, но при условии достаточно высокой жесткости конструкции крепи подземных сооружений, ограничивающих смещения породного контура выработки.
Физически нелинейно-пластическая модель массива пород Предложен метод расчета нормальных нагрузок на крепь стволов, сооружаемых в физически нелинейных массивах. Предполагается, что вокруг выработки формируется область предельного состояния. Деформационные свойства породного массива описываются моделью физически нелинейного тела. Для исследования напряженно-деформированного состояния пород вокруг выработки использованы уравнения деформационной теории пластичности. В качестве условий пластичности принято условие предельного состояния пород Кулона.
Для описания нелинейных связей между напряжениями и деформациями используем уравнения деформационной теории пластичности [76, 77, 78]. є1 -є2 = і//.( 71 -ст2);є2-є3= і//.( 72 -а3);є3-є1 = і//.( 73 -ст1), (3.32) где єь є2, s3 - главные деформации; сті, аг, аз - главные напряжения; V/ - скалярная функция, определяемая на основе экспериментальных данных. Анализ экспериментальных данных деформирования пород в условиях объемных напряженных состояний показывает, что зависимость между наибольшим сдвигом у и максимальным касательным напряжением г для деформационной теории пластичности может быть описана выражением [76, 77, 78].
Расчет толщиной крепи для вертикальных стволов шахты «Нуйбео» Вьетнама
Анализ результатов расчета напряжений JQ на внутреннем контуре горизонтальной выработки показывает, что в сечении 1-1 от ствола вдоль горизонтальной выработки при толщине крепи d=0,4м, наибольшее значение ае имеет место в углу выработки, величина которого равна ае=4,72 МПа, что меньше чем предел прочности на сжатие бетона В15.
Напряжений ае на контуре горизонтальной выработки в сечении 2-2 от ствола вдоль горизонтальной выработки при толщине крепи d=0,35м имеет наибольшее значение сге в углу выработки, величина которого равна ае=4,55 МПа, меньшее чем предел прочности на сжатие бетона B15.
В данных горно – геологических условиях на участке сопряжения горизонтальной выработки рекомендуется применять в качестве временной крепи -КМП–А3 из спецпрофиля СВП–27, а постоянной – монолитный бетон.
Описание конструкции бетонной крепи Форму поперечного сечения выработки следует выбирать в зависимости от устойчивости пород, срока службы и назначения выработки. На сопряжениях в зоне ствола необходимо бетонировать выработки, а металлическую крепь использовать для временного поддержания.
Расчет ожидаемых смещений пород в кровле, боках и почве выработки с учетом влияния геологических и горнотехнических факторов произведен в соответствии с «Инструкцией по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок». По величине максимальных смещений пород на контуре выработки методика расчета позволит определить нормативную и расчетную нагрузки на крепь, выбрать ее тип, конструкцию.
При строительстве ствола рассечку выработок необходимо проходить не менее чем на 15 метров от оси ствола.
Все сопряжения скипового ствола с выработками находятся в скальных породах, что не усложнит работы по рассечке. Характеристика физико-механических вмещающих пород и угля сведены в таблицу 1.3.
Поперечное сечение крепи горной выработки определяют следующие факторы: назначение горной выработки; физико-механические свойства горных пород и условия эксплуатации выработки; требования ПБ в части соблюдения минимальных размеров сечения выработки и зазоров; обеспечение безопасности работ; параметры и размеры оборудования, размещаемого в выработке; срок службы горной выработки; наличие унифицированного типового сечения крепи, разработанного институтами для данного угольного бассейна.
На шахте «Нуй Бео» принимаем арочную крепь. В угольной промышленности арочную форму с металлической рамной крепью применяют при проведении выработок в породах с f = 3 – 9, как находящихся в зоне установившегося горного давления, так и в зоне влияния очистных работ. Арочная трехзвенная крепь может быть применена в выработках, смещение кровли в которых не превышает 300мм, пятизвенная – при смещении кровли более 500мм. Если по расчетам толщена крепи превышает эти значения, то необходимо использовать другую крепь, либо производить ее бетонирование, используя СВП как временную крепь.
Размеры поперечного сечения выработки (ширина, высота и площадь) зависят от ее назначения, основных размеров оборудования, способа передвижения людей, количества проходящего по выработке воздуха, соблюдая требуемые зазоры в соответствии с ПБ. При проектировании поперечного сечения выработки в свету необходимо учитывать запас на возможные осадки пород до бетонирования, зависящий от условий ее поддержания и мощности пласта m.
Меры по активному управлению горным давлением допустимы при любой расчетной плотности установки крепи.
Металлическая крепь из профиля СВП является универсальной. Ее применяют в различных горнотехнических условиях для крепления выработок разного назначения. Такая крепь обеспечивает как податливый режим работы, так и жесткий, возможность повторного использования и имеет сравнительно невысокую стоимость. Немаловажное значение имеет технологичность ее производства на ремонтных заводах.
Трехзвенная крепь состоит из верхняка и боковых стоек. Верхняк арки соединяется со стойками при помощи хомутов, обеспечивающих конструктивную податливость крепи по высоте. Сводчатое очертание крепи позволяет повысить устойчивость породного контура кровли выработки и улучшает работу самой конструкции. Податливость крепи позволяет защищать конструкцию от перегруза в процессе происходящего смещения пород вокруг выработок. Металлические арки соединяются между собой тремя межрамными стяжками. Межрамное пространство ограждается от вмещающих пород железобетонными затяжками.
Водоотливная канавка расположена в выработке со стороны прохода людей. Перекрытие канавки укладывается на одном уровне с балластом, либо согласно атласу в выработках, где балласт не предусматривается. Канавка принята бетонной.
Результаты расчета толщина бетонной крепи стволов, позволяют утверждать, что расчет крепи должен производиться с учетом изменения НДС крепи вертикальных стволов и сопряжения после заполнения и выполнения работ по уг-лубке ствола. При этом, знакопеременный режим работы крепи верхней и нижней части ствола при заполнении и откачивании, проявляющийся в увеличении напряжений в крепи нижней и верхней части вертикальных стволов и сопряжения (после заполнения), и увеличении напряжений в крепи нижней части сопряжения и снижении напряжений в крепи неравномерность распределения напряжений по контуру крепи и по глубине предопределяют необходимость разработки принципиально новой конструкции крепи, более устойчивой к воздействию исследуемых факторов.
Конструкция крепи стволов принимается в соответствии с горными и гидрогеологическими условиями участка сооружения ствола.
При проходке ствола в интервале отметок 0,0 –40, толщина крепи устья ствола и технологического отхода 500мм, из бетона класса В15, ниже –40,0 до конечной глубины толщина крепи стволов 400мм, из бетона класса В15. Толщина крепи на участках сопряжений 600мм.
Составы бетонов приняты с учетом требований, предъявляемых к бетону как материалу конструкции, в зависимости от условий транспортирования, укладки, уплотнения, твердения, с учетом требований организации работ. Эти условия, требования и, как результат, составляющие бетонной смеси сведены в таблицу 4.8.