2.3 Организация работ при проведении горной выработки.

При проведении горных выработок необходимо принять цикличную организацию работ, которая предусматривает выполнение рабочих процессов, входящих в проходческий цикл, в определённой технологической последовательности и в определённый период времени.

Основными процессами цикла являются: бурение шпуров, заряжание и взрывание, проветривание, уборка породы, возведение временной или постоянной крепи.

Вспомогательные процессы включают: настилку рельсового пути, наращивание труб и удлинение кабелей, устройство водоотливных канавок и т.д.

При проведении выработок продолжительность цикла обычно принимают 0,5 или 1 смену и сравнительно редко 1,5; 2,0; или 3 смены (только при проведении вертикальных стволов шахт).

В зависимости от порядка выполнения отдельных процессов различают:

1. Цикличную организацию с последовательным выполнением основных процессов.

2. Цикличную организацию с параллельным выполнением основных процессов.

3. Цикличную организацию комбинированным выполнением основных процессов в нескольких забоях, т.е многозабойный метод.

Составить график организации работ – Циклограмму:

2.4 Выбор типа крепи и формы поперечного сечения горной выработки

Студент должен выбрать конкретную конструкцию и материал горной крепи и обосновать свой выбор, а также уточнить форму поперечного сечения проектируемой им горной выработки.

Рекомендации по выбору крепи на основании параметра устойчивости П.

где ρ- средняя плотность вышележащей толщи гонных пород;

Н – глубина заложения выработки ( максимальное расстояние до поверхности земли);

Показатель	Значение П
	> 0.2	0.15-0.2	< 0.15		<0.05
			I и II категории трещиноватости	III – V категории трещиноватости
Материал крепи	Бетон, железобетон	Деревянная крепь	Набрызгбетон	Анкерная крепь	Без крепи

σ_сж -- предел прочности на одноосное сжатие горных пород, по которым проводиться выработка ( при известном значении коэффициента крепости пород f по шкале пр. М.М Протодьяконова

σ_сж = 10⁴ f

Крепь горизонтальных и наклонных горных выработок.

Деревянная крепь.

Наиболее распространённой конструкцией деревянной крепи в горизонтальных выработках является неполная крепёжная рама трапециевидной и, реже, прямоугольной формы. Верхняк крепёжной рамы рассматривается, как балка на двух опорах, испытывающая действие изгибающего момента от горного давления. При использовании теории свода величина изгибающего момента определяется:

, кг.см,

где Р- величина горного давления по теории проф. Протодьяконова, кг\пог.м;

а-половина ширины выработки;

l-расстояние между крепёжными рамами, м.

Диаметр верхняка из круглого леса определяется:

, см,

-- допускаемое напряжение на изгиб – для сосны60-80 кг\см², для дуба 80-100 кг\см². полученный диаметр верхняка увеличивают до ближайшего, большего по стандарту.

Диаметр стоек принимают равным диаметру верхняка, и проверяют на сжатие с учётом продольного изгиба по формуле:

,

где Р – давление, действующие на верхняк, кг;

F – площадь поперечного сечения стойки, см²;

l₁- длина стойки, см.

- допускаемое напряжение на сжатие – для сосны 100 кг\см, для дуба 120-130 кг\см².

Для расчёта толщины затяжек выбирается затяжка, расположенная между рамами крепи по верхнякам, как наиболее погружённая.

Формула для определения толщины затяжек:

, см

К – коэффициент, принимаемый для затяжек из досок равным 0,87; из обапол 1,3;

Металлическая крепь.

Одной из типичных конструкций металлической крепи является неполная крепёжная рама трапециевидной формы.

Необходимый расчётный номер профиля балки для металлической рамной крепи может быть найден по моменту сопротивления:

, см³,

допускаемое напряжение на изгиб для проката можно принимать

=1600кг\см², а коэффициент запаса прочности для стоек крепи (или коэффициент перегрузок) согласно СН и П принимается равным для камер и других выработок околоствольного двора – не менее 1,5; для остальных выработок – не менее 1,2. При сложных горно-геологических условиях значение коэффициента перегрузок (П_п) принимается равным соответственно 2,0 и 1,5.

По полученному значению момента сопротивления принимают номер профиля по ближайшему большему табличному W

Величины, характеризующие применяемый для крепи прокат.

Прокат	Вес, кг\м	Площадь сечения, см2	Наибольший момент сопротивления	Наименьший радиус инерции, см
Двутавр №14	16,9	21,5	104,0	1,73
Двутавр №16	20,5	26,1	141,0	1,89
Двутавр №18	24,1	30,6	185,0	2,0
Двутавр №20	27,9	35,5	23,7	2,06
Двутавр №20	31,1	39,5	25,0	2,12
Рельсы типа Р18	18,0	23,1	56,1	1,33
Рельсы типа Р24	24,0	32,7	87,2	1,57
Рельсы типа Р31	30,9	39,5	126,8	1,75
Рельсы типа Р33	33,5	42,8	155,9	1,97

При креплении выработок металлическими арками, последние в зависимости от конструкции рассчитываются по схемам двух, трёх или пятишарнирных арок при соответствующих соотношениях вертикальной и боковой нагрузки.

При известной несущей способности арок и величине горного давления, необходимое расстояние между арками определяется:

, М,

где Q_А – расчётная несущая способность арки, т;

Р – величина горного давления, т\м;

П_п – коэффициент перегрузок.

Трёхшарнирные арки из двутавровых балок № 16, 18 и 20 в выработке сечением до 7 м² при вертикальной симметричной нагрузке имеют несущую способность соответственно 17, 22 и 27т, а в двухпутевых выработках сечением 8,5 – 9,0 м² – 10, 13 и 17т.

Штанговая крепь.

Работа штанговой крепи сводиться к тому, что объём породы в пределах зоны возможного обрушения удерживается штангами, замковые части которых закреплены в пределах устойчивой зоны пород. Длину штанг в этом случае определяют по формуле:

L_Ш=L_В + L_З + L_ОБ , мм

L_В – длина выступающей части штанги из шпура, включающая толщину подхвата, затяжки и длину выступающей из гайки конца штанги, равная

50 мм;

L_З – величина заглубления замковой части штанги в устойчивую зону пород, равная 300-400 мм;

L_ОБ – глубина зоны возможного обрушения пород, соответствующая расстоянию между контурами выработки и этой зоны, мм.

Число штанг в кровле составит:

, шт.

1. пролёт выработки, м;

y_п - объёмный вес пород в укрепляемой зоне, т\м³;

a_ш – расстояние между рядами штанг, м;

П_П – коэффициент перегрузки (1,5 – 1,2);

Р_ш – расчётная нагрузка на штангу.

Расстояние между штангами в ряду а_ш.р и между рядами штанг а_ш не рекомендуется принимать больше длины штанг, чаще всего принимают

а_ш.р= (0,7 -0,6)L_Ш, расстояние между крайними штангами и боками выработки принимают а_к = (0,5 - 0,7)а_ш.р, м.

Штанги в боках выработки обычно принимают такого же типа, как и в кровле. Замки штанг, установленных в боках выработки, должны заглубляться не менее, чем на 0,3-0,4м.

Каменная, бетонная и смешанная крепи.

При применении различных конструкций каменной и бетонной крепи выработки часто имеют сводчатое перекрытие. Фундаменты выполняются из бетона или из бутового камня на цементном растворе. Стены сооружают из кирпича, бетона или бетонитов, своды делают из бетона и очень редко из кирпича. Приближённые расчёты сводчатой крепи сводятся к определению ориентировочной толщины свода и принятию размеров стен и фундамента крепи в зависимости от толщины свода.

Толщина крепи в замке свода по методу проф.С.С Давыдова (для бетона марки 100-150) определяется по формуле:

, см,

Где 2a – ширина выработки в свету, см;

h₀- высота свода, см;

f- коэффициент крепости породы по шкале проф. М.М Протодьяконова.

Толщина крепи в пяте свода зависит от крепости пород и определяется:

Т= (1,2 -1,5)d₀, см

Толщина стен принимается: Т = (1,1 -1,5)d₀, см.

Для приближённого определения толщины свода проф. Протодьконов предложил эмпирическую формулу:

_, см,

Где d-полупролёт свода крепи в свету, см.

h₀- высота свода в свету крепи, см;

высоту свода в зависимости от крепости пород принимать:

при породах f >3 (коробовый свод),

при породах f<3 h₀=a (полуциркульный свод).

-- допускаемое напряжение при сжатии материала свода, кг\см²;

Допускаемое напряжение при сжатии для свода из бетона (марки 100-150) принимается 30-40 кг\см², для сводов из кирпича 12-15 кг\см².

Толщина фундаментов при кирпичных стенах принимается обычно на 12,5 см больше толщины кирпичной кладки. Толщина фундаментов при бетонных стенах принимается равной толщине стен в породах c f>3 и на 20 см больше толщины стен в породах с f<3. глубина заложения фундаментов в породах с f>3 при боковой канавке принимается равной 50 см со стороны канавки и 25см – с противоположной стороны.

Толщина бетонной крепи

Ширина выработки в свету, мм	Толщина крепи, мм, при коэффициенте крепости пород
	До 4		5-7		8 -10
	В своде	В стенках	В своде	В стенках	В своде	В стенках
1800 – 2400	170	200	170	200	170	200
2400 -3400	200	250	170	200	170	200
3400- 4400	200	300	200	250	170	250
4400- 4600	200	300	200	300	200	250
4600 -5000	250	350	200	300	200	250
5000 -5200	250	350	250	300	200	300
5200 -5400	300	400	250	300	200	300

Крепь вертикальных выработок

«Строительными нормами и правилами» (СН и П) установлены следующие условия применения различных видов крепи вертикальных стволов, которыми следует руководствоваться при проектировании:

• Из монолитного бетона – в породах любой крепости;

• Из монолитного железобетона – на отдельных участках стволов в слабых неустойчивых и пучащих породах и при наличии большого горного давления;

• Из сборного железобетона – в тяжёлых гидрогеологических условиях;

• Штанговую с торкретбетоном по стальной сетке – в устойчивых ненарушенных породах;

• Деревянную – в устойчивых породах. (ограниченное применение).

Деревянная крепь.

Расчёт толщины венцовой крепи ведётся обычно по короткой стороне венца. Все части венца по конструктивным соображениям принимаются одинаковой толщины. Величина горного давления, приходящегося на венец по короткой стороне сечения ствола определяется:

Q = PLl, т

P- величина горного давления, кг\см²;

L- длина венца по короткой стороне сечения ствола, см;

l- расстояние между осями венцов (при сплошной венцовой крепи l=d, где d –диаметр венца, см.

толщина венцовой крепи из круглого леса может определяться по формулам:

при крепи на стойках , см

при сплошной крепи , см,

где Р_г – горизонтальное давление на внешнюю поверхность крепи вертикальных выработок, кг\см²;

L – пролёт короткой стороны, см;

l- расстояние между венцами, см;

-- допускаемое напряжение на изгиб материала венца, кг\см².

Бетонная и каменная крепь.

Бетонная и каменная крепь рассматривается, как толстостенный цилиндр, подверженный всестороннему горному давлению.

Выбор типа и расчёт параметров крепи вертикального шахтного ствола производят раздельно для устья, протяжённой части и сопряжений.

Крепь рассчитывают на основе горизонтального (радиального) давления пород.

На протяжённых участках ствола с жёсткой армировкой, а также для участков сопряжений в породах I, II, III категории устойчивости при отсутствии воздействия очистных работ и водопонижения рекомендовано принимать, как правило бетонную крепь и бетон марки не ниже М 200.

В породах I категории устойчивости бетонную крепь принимают без расчёта:

Угол залегания пород, град	< 35	> 35
Толщина набрызг-бетонной крепи, мм
Глубина расположения участка < 500 м	200	250
Глубина расположения участка > 500 м	250	300

В породах II и III категории устойчивочти толщину бетонной крепи устанавливают расчётом, но она должна быть не менее величин, указанных выше.

Расчёт толщины монолитной бетонной и набрызг-бетонной крепи вертикальной выработки следует производить по формуле с учётом коэффициентов условий работы бетона:

где m_у = 1,25 – коэффициент условий работы крепи;

r₀ – радиус вертикальной выработки в свету, мм;

m₁ – коэффициент условий работы бетона, определяющий длительность воздействия нагрузки (для монолитного бетона =1)

m₂ – коэффициент, определяющий температурные колебания (попеременное оттаивание и замораживание), равный от 0,7 до до 0,95;

m₃ – коэффициент, учитывающий условия бетонирования (для слоя толщиной более 1,5 = 0,85);

σ_сж – расчётное сопротивление бетона сжатию;

К_р – коэффициент концентрации напряжений в конструкции крепи (на протяжённых участках = 1, на сопряжениях К_р = (2 ÷ 5) Z,

Z – расстояние от узла сопряжения до рассматриваемого сечения);

Р_п – горизонтальное давление, к Па

Р_п = nm_у р_н{1+0,1(r₀ – 3)},

n = 1,3 – коэффициент перегрузок;

r₀- радиус выработки в свету, м;

δ_пб – толщина породобетонной оболочки, образующийся из-за проникновения бетона в окружающие нарушенные породы

(для набрызгбетона принимается равной 50 мм, для остальных типов крепи – равной нулю)

Толщина каменной и бетонной крепи при круглом сечении вертикальной выработки может быть рассчитана по формуле Ляме:

, см,

где R_СВ – радиус сечения выработки в свету, см;

Р – давление на крепь ствола, кг\см²;

-- допускаемое напряжение на сжатие материала крепи, кг\см²

(для крепи из бетона – 30-40 кг\см², из кирпича – 12-15 кг\см², из бетонитов 20-30 кг\см²)

Практически толщина каменной и бетонной крепи стволов может быть определена:

Т_б= (0,14 --- 0,16)R_СВ, см.

Углубка ствола

Выбор способа и схемы углубки.

В зависимости от задания выбирают способ углубки. А также места установки подъёмной машины и разгрузки породы.

При углубке ствола сверху – вниз с поверхности или с рабочего горизонта устанавливаются размеры углубочного отделения, тип, размеры предохранительных устройств ( породного целика или искусственного полка под действующими подъёмными сосудами)

Размеры предохранительных устройств принимаются без расчёта.

Подготовительные работы.

При углубке ствола сверху – вниз с рабочего горизонта даётся краткое описание подготовительных работ:

2. Отшивка углубочных отделений от эксплуатационных

3. Перечень и основные параметры горных выработок для монтажа проходческих лебёдок;

4. Монтаж разгрузочного устройства подшкивной площадки проходческих лебёдок для подвески проходческого оборудования.

5. Монтаж водоотлива и сжатого воздуха

При углубке стволов следует обратить внимание на ряд вопросов, связанных со спецификой углубочных работ:

• Производительность погрузочных работ лимитируется максимально возможной производительностью проходческого подъёма, обусловленного габаритами углубочного отделения.

• Для уменьшения числа проходческих лебёдок и канатов, применяемых для углубочной части ствола рекомендуется применять проходческий полок и опалубку шагающего типа. Проветривание после взрыва производиться в условиях эксплуатации шахты, поэтому схема проветривания углубочного ствола должна увязываться со схемой вентиляции шахты в целом.

В курсовом проекте даётся краткое описание работ по разборке предохранительных устройств по окончании углубки, а также работ по армированию ствола. Указываются размеры углубочного отделения.