14. Горизонтальное давление в вертикальных выработках.

Горное давление в вертикальных выработках а - породы устойчивы за исключением определенного участка; б - породы неустойчивы на всем протяжении Вертикальные выработки могут пересекать разнородные по своим механическим свойствам породы: от водоносных или сыпучих песков до весьма крепких. Крепь вертикальных выработок не должна иметь нарушений, что обеспечивается необходимым запасом ее прочности. Среди известных методов расчета величины горного давления на крепь вертикальных выработок наибольшее практическое применение нашли методы, основанные на теории расчета подпорных стен (методы строительной механики), и эмпирические методы, основанные на шахтных и лабораторных экспериментах (методики ВНИМИ и СНиП).

Для каждого месторождения имеются свои эмпирические методы расчета устойчивости пород и нагрузок на крепь для вертикальных выработок в зависимости от конкретных горно-геологических условий.

Рассмотрим метод расчета величины горного давления, основанный на теории расчета подпорных стен (метод П.М. Цимбаревича).

Давление в верхней части разрушенного слоя породы qв=0 , если вышележащий слой породы устойчив. Максимальное давление будет наблюдаться в нижней части этого слоя:

q_н= pghλ₂ = pgh*tg²((90-φ)/2).где h - мощность неустойчивого слоя или разрушенных слоев, м.

При пересечении вертикальной выработкой различных по своим физико-механическим свойствам пород давление определяется

q_н=ρ_срgHtg²((90-φ_ср)/2) Па

ρ_ср=(h₁ρ₁+ h₂ρ₂+ h₃ρ₃+….+ h_n-1ρ_n-1+ h_nρ_n)/ (h₁+ h₂+ h₃+…..+ h_n-1+ h_n)

средневзвешенное значение плотности пород, кг/м³;

φ_ср=(h₁φ₁+ h₂φ₂+ h₃φ₃+….+ h_n-1φ_n-1+ h_nφ_n)/ (h₁+ h₂+ h₃+…..+ h_n-1+ h_n)

средневзвешенное значение угла внутреннего трения пород, градус;

Н = h₁ + h₂ + h₃ + ... + h_n-1 + h_n - общая мощность разрушенных слоев породы, м.

15. Применение способа замораживания при проведении стволов

Способ искусственного замораживания горных пород состоит в том, что в водоносных породах вокруг места расположения будущего ствола шахты образуют временную ледогрунтовую стену, защищающую ствол от проникновения в него воды или плывуна во время его проходки. Ледогрунтовая стена должна выдерживать гидростатическое давление воды и давление горных пород, что достигают соответствующим понижением температуры. Низкую температуру получают при переходе тел из одного физического состояния в другое (испарение), которое связано с поглощением тепла и охлаждением среды, окружающей тело; этот процесс имеет место при переходе веществ из жидкого в газообразное состояние. Получение холода испарением может быть достигнуто двумя путями: растворением газов в жидкости и последующим выпариванием газов (абсорбционный способ) или посредством сжатия газов компрессорами (компрессионный способ). Для осуществления указанного процесса требуются вещества (холодильные агенты), которые способны переходить из одного состояния в другое в короткий промежуток времени. При замораживании горных пород в качестве холодильных агрегатов применяютаммиак, углекислоту, фреон. Для образования ледогрунтовой стены вокруг ствола через толщу водоносных пород бурят скважины, в которые опускают замораживающие трубы с герметически закрытыми нижнимиконцами. В замораживающие трубы опускают трубы меньшего диаметра, называемые питающими. Нижний конец питающих труб открыт и не доходит до основания замораживающих трубпа 400—500 мм.

В результате охлаждения вокруг замораживающих колонок образуются цилиндры из замороженной породы, которые с течением времени увеличиваются и, наконец, соединяются между собой, образуя сплошную ледогрунтовую стену (кольцеобразный цилиндр). Время, необходимое для образования ледогрунтовой стены, зависит от термо-физических свойств пород, содержания в них воды, расстояния между замораживающими колонками холодопроизводительности замораживающей станции и температуры охлаждения рассола. Рассол выполняет функции посредника: в замораживающих колонках он, охлаждая породы, получает от них тепло, а на замораживающей станции, охлаждаясь сам, отдает его. Холод получают на замораживающей станции, состоящей из компрессора, конденсатора, испарителя и вспомогательной арматуры.