Разработка рекомендаций по креплению горных выработок на основе аналитических и экспериментальных исследований

Расчет нагрузки на основную крепь горной выработки, исходя из высоты зоны неупругих деформации пород кровли вокруг выработок и объемного веса пород по выражению:

Р = S .у . в , кН/м (4)

Где Y - объемный вес пород кровли, кН/м³; Н – глубина заложения горных выработок, м; Ф- угол трения массива горных пород, град.; S – высота зоны неупругих деформаций, м; Е – Модуль деформации породного массива, МПа; S св – площадь сечения выработки в свету, м², В – величина пролета горной выработки, м.

Плотность n установки рам металлической податливой крепи из спецпрофиля на 1м длины выработки находятся путем деления расчетной нагрузки Р на несущую способность одной рамы крепи:

Толщина набрызгбетонной облицовки 8 определяется из следующего выражения [5]:

г 0,35 В /ynyc(q+Pr)

О = ----- I---------, М

• ⁶ \i Yb^Rbt

где Р г – расчетная нагрузка от гидростатического давления, Р г =0

В – величина пролета горной выработки, м;

• у п ≥ 1 – коэффициент надежности, зависящий от класса сооружения, для II класса капитальности Y п =1,2;

• у с – коэффициент сочетаний нагрузок, равный 1 для основного сочетания, 0.95 – для нагрузок в период строительства и 0.9 – для особого сочетания; принимаем Y с = 1;

b – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1 для армированных облицовок и 0.6 – для неармированных.

Пример расчета параметров крепи по предлагаемой методике.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1.

№ п/п	Наименование параметра	Значение
1	Площадь поперечного сечения в свету – S св , м2	10,4
2	Глубина расположения горных выработок – Н, м	600
3	Крепость горных пород по шкале М.М. Протодьяконова - f	3	5
4	Модуль деформации массива горных пород, Е, МПа	2929	10061
5	Угол внутреннего трения, , град	31,92	42,62
6	Сцепление – С, МПа	0,6	1,25
7	Коэффициент Пуассона,	0,3	0,26
8	Объемная плотность, , град.	0,245	0,0255

Результаты расчета по предлагаемой методике (по формулам 1-6) получим следующие параметры крепей горных выработок:

• -    В породе с крепости f = 5→ выработка крепится металлической арочной крепью из СВП-22 с шагом установки n = 0,65 м.

• -    В породе с крепости f = 3:

+ первый вариант: выработка крепится -металлической арочной крепью из СВП-22 с шагом установки n = 0,45 м.

+ второй вариант: выработка крепится комбинированной крепью из набрызгбетона толщиной 70 мм с металлической сеткой ( 6, 80х80 мм) и

СВП-22, устанавливаемая с шагом 0,8 м.

Технико-экономическая        эффективность        применения комбинированной крепи из металлической арочной конструкции и набрызгбетона в породе с крепости f = 3.

Таблица 2.

№ п/п	Наименование затрат материалов крепления выработок	Стоимость на весь объем, рубл.
1	С1	20800
2	С2	12199
3	Э = С1-С2	8651

С1 - Затраты материалов на 1 м горной выработки, закрепленной из СВП-22 с шагом установки n = 0,45 м, руб.

С2 - Затраты материалов на 1 м горной выработки, закрепленной комбинированной крепью из набрызгбетона толщиной 70 мм с металлической сеткой (ф6, 80х80 мм) и СВП-22, устанавливаемая с шагом 0,8 м., руб.

Э - экономический эффект, руб.

Для снижения стоимости строительства и повышения безопасности горно-проходческих работ оптимальный вариант крепления горной выработки выбирается на основе технико-экономической эффективности. В результате выполненных по вышеизложенной методике сводятся разработанные рекомендации по конструктивно-технологическим проектным решениям крепей горных выработок в частности месторождения Хэтам-Куангнинь на рис. 1, 2, 3. Анализ этих рисунков показывает, что могут быть следующие варианты конструкции крепей и технологии их крепления:

• -    Базовая крепь выбирается для наиболее благоприятных горногеологических условий (S св =10,4 м² Н = 300-600 м, f = 4-5; Н = 300-500 м, f = 3; Н=300 м, f = 2; S св =12,8 м² Н = 300-600 м, f = 5; Н = 300-500 м, f = 4; Н = 300 м, f = 3; S св =15,4 м² Н = 300-400 м, f = 5).

• -    При S св =10,4 м², Н = 600 м, f = 3 и Н = 400-600м при f = 2 ожидаемые смещения (U общ ) системы «крепь-массив» составляют от 146 до 286 мм, критические смещения U к от 45 до 86 мм; При S св =12,8 м², Н = 300-600 м, f = 2 и Н = 400-600 м, f = 3; Н=600 м f = 4, U общ - от 81 до 353 мм, U к - от 27 до 116 мм; При S св =15,4 м² Н = 300-600 м, f = 2÷4 и Н = 600 м, f = 5; U общ - от 59 до 425 мм, U к - от 18 до 135 мм. отсюда видно, что значения U общ , Р (нагрузки на крепь) превышают податливость и несущую способность конструкции крепи из СВП-22 (101 мм), СВП-27 (220 мм), поэтому в этих условиях должны применяться комбинированные крепи по методике усиления «КРС» МГГУ, т.е. первоначально выработка крепится базовой крепью из СВП-22, СВП-27, с металлической сеткой (ф6, 8х8см) и набрызгбетоном толщиной 30-40 мм, и в ней устанавливают датчики смещений. На участках, где реализуются критические смещения U к , производится усиления крепи путем повторного набрызгбетона до проектной толщины.

  f				f
  	Где S св = 10,4 м2, f = 2 - 5, Н		= 300 - 600 м.		Где S св = 12,8 м2, f = 2 - 5, Н		= 300 - 600 м.
  5				5
  4 3 э	СВП-22 n = 0,7 - 0,8 м	СВП-22 n = 0,65 - 0,75 м	СВП-22 n = 0,55-0,7 м	4 3 2	СВП-27 n = 0,6- 0,7 м	СВП-27 n = 0,55 - 0,65 м	СВП-27 n = 0,5 - 0,55 м
  	СВП-22 n = 0,55 - 0,75 м	СВП-22 n = 0,5 - 0,7 м	/ СВП-22, n = 0,8 м М250, t = 7 см / Фб, 8х8 см		СВП-27 n = 0,5 - 0,65 м	СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 7-8 см / Фб, 8х8 см v//z///zz/	СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 8-9 см Z Фб, 8х8 см v/zz///z//
  	СВП-22 n = 0,5 - 0,6 м	/ СВП-22, n = 0,8 м М250, t = 7-8 см / Фб, 8х8 см	/СВП-22, n = 0,8 м М250, t = 9-10 см / Фб, 8х8 см		СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 8-9 см // Фб, 8х8 см //////////	СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 9-10 см Фб, 8х8 см ZZZZZZZZZZ	ZZZZZZZZZZ СВП-27, n = 0,8 м л /М250, t = 10-11 см 7 Фб, 8х8 см    J
  300          400          500   Н, м  600 300          400           500    Н, м   600

  
  

  Рис. 1. Рекомендации по выбору типа крепи горных выработок в условиях S св =10,4 м², f =2-5, Н =300-600 м

  
  

  Рис. 2. Рекомендации по выбору типа крепи горных выработок в условиях S св =12,8 м², f =2-5, Н=300-600 м

  
  

  f

  
  

  Где S св = 15,4 м2, f = 2 - 5, Н = 300 - 600 м.
  СВП-27 n = 0,5 - 0,55 м	СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 7-8 см / Фб, 8х8 см //////////.	Л СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 8-9 см у Фб, 8х8 см
  / СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 7-8 см Фб, 8х8 см	////////// СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 8 см Фб, 8х8 см	СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 9 см / Фб, 8х8 см
  СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 11 см / Фб, 8х8 см '/////////у	СВП-27, n = 0,8 м М250, t = 11-12 см Z Фб, 8х8 см //////////.	7 СВП-27, n = 0,8 м / М250, t = 12-13 см / Фб, 8х8 см J

  500   Н, м 60

  
  

  Область крепления крепью из СВП

  
  
  
  
  

  Область крепления комбинированной крепью из СВП и набрызгбетона с

  
  

  металлической сеткой

  
  

  Рис. 3. Рекомендации по выбору типа крепи горных выработок в условиях S св =15,4 м², f = 2-5, Н=300-600 м.

  
  

Выводы

Методика предназначена для решения практических инженерных задач, связанных с оценкой устойчивости выработки, закрепленной арочной металлической крепью в сочетании с набрызгбетоном при строительстве горных выработок. Методика позволяет:

• -    оценивать влияние глубины заложения горной выработки, площади поперечного сечения в свету и прочностных свойств горных пород на нагрузку на крепь горных выработок;

• -    увеличивать несущую способность и податливость крепи увеличением ее толщины за счет усиления повторного набрызгбетона;

• -    обеспечивать снижение стоимости строительства, а также повышение безопасности горно-проходческих работ.

Методика К является совокупностью методики, определяющих нагрузки на крепь горных выработок в конкретных горно-геологических условиях (в слабых горных пород). Эта методика отвечает требование современного этапа развития шахтного строительства.