Шахта Интинская. Расчеты параметров устойчивости пород и крепления выработки

Оглавление

Введение................................................................................................................................... 2

1. Общие сведения о шахте.................................................................................................. 3

2. Расчет толщины монолитной крепи вертикального клетевого ствола......................... 8

2.1 Характеристика ствола.................................................................................................. 8

2.2 Расчет критерия устойчивости пород.......................................................................... 9

2.2.1 Расчетное сопротивление пород сжатию.............................................................. 9

2.2.2 Расчет критерия устойчивости пород по участкам ствола................................. 9

2.3.2 Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород протяженной части ствола 12

2.3.3. Расчет горизонтального давления пород на крепь ствола в зоне сопряжения 13

2.3.4. Давление подземных вод..................................................................................... 14

2.5 Пример расчета............................................................................................................. 15

2.6 Выбор толщины крепи для ствола............................................................................. 20

2.7 Камера сопряжения околоствольного двора с клетевым стволом.......................... 21

3. Расчет параметров крепления выработки шахты.......................................................... 22

3.1 Краткая характеристика условий проведения горизонтальной выработки...... 22

3.2 Расчет параметров крепления................................................................................. 23

3.2.1 Выбор размера поперечного сечения выработки.............................................. 23

3.2.2 Определение расчетной плотности пород......................................................... 25

3.2.3 Определение смещений пород на контуре выработки..................................... 25

3.2.4 Определение расчетной нагрузки на рамную податливую крепь.................. 26

3.3 Выбор плотности установки крепи........................................................................... 27

3.3.1 Выбор металлической крепи по податливости................................................. 28

3.4 Пример расчета............................................................................................................. 28

Список использованной литературы.................................................................................. 32

Введение

Несмотря на определенные успехи в области разработки и внедрения новых видов крепей и методов механики подземных сооружений, затраты средств, труда и материалов на крепление и поддержание горных выработок за последние 10 лет не уменьшились, что объясняется недостаточной несущей способностью крепей в сложных горно-геологических условиях и, наоборот, завышением несущей способности крепи в устойчивых породах.

К числу главных причин, сдерживающих рост технико-экономических показателей в области крепления и поддержания горных выработок, относятся сложность и изменчивость горно-геологических условий, нарушения технологии изготовления крепи и крепления горной выработки, недостаточное внимание к вопросам обеспечения необходимой надежности крепи.

Особую актуальность приобретает проблема повышения надежности крепей горных выработок в связи с постоянным увеличением объемов их проведения в сложных горно-геологических условиях.

Надежность, как вероятность устойчивого состояния горных выработок, зависит от многих факторов, и прежде всего от обоснованности проектных решений, т.е. от того, с какой точностью выбранные в проекте характеристики крепи соответствуют фактической интенсивности проявлений горного давления.

1 .Общие сведения о шахте.

Интинское месторождение каменного угля расположено в юго-западной части Печорского угольного бассейна на территории Интинского района Республики Коми. Шахта связана железнодорожной веткой нормальной колеи со станцией «Инта-1» Северной железной дороги МПС РФ, а также автодорогами местного значения с асфальтобетонным покрытием. Водоснабжение шахты осуществляется водопроводами с забором воды из артезианских скважин, теплоснабжение от РКК. Электроснабжение шахты осуществляется от Печорской ГРЭС по ВЛ220кВ.

Поверхность шахтного поля представлена заболоченной тундрой, покрытой отдельными участками леса, имеется много мелких озер. Местами встречается мелкоостровная мерзлота глубиной 10¸15 метров.

Климат района субарктический. Согласно схематическому районированию по СниП 2.01.07.85, Приложение 5, район города Инта относится к 1Д климатическому подрайону. Норма осадков для Интинского района –606мм. Нормативная глубина промерзания 2,5м, на открытых площадках без снежного покрова до 3,6м. Величина снежного покрова на открытой местности 0,40¸0,45метра.

В геологическом строении шахтное поле шахты “Интинская” принимают участие угленосные отложения воркутской и печорской серии пермского возраста, мощностью около 760м. В составе воркутской серии выделяются отложения лекворкутской и интинской свит, литологический состав и свойства пород которых почти одинаков. Промышленная угленосность всего Интинского месторождения связана с отложениями интинской свиты, мощностью около 600м. Количественное соотношение пород свит приведено в таблице 1.1

Таблица 1.1

Четвертичные отложения повсеместно покрывают пермские осадки. В их состав входят ледниковые, древнеаллювиальные образования, представленные моренными глинами, суглинками, супесями, древнеаллювиальными песками с присутствием небольшого количества валунов и галек. В верхней части четвертичных отложений залегают покровные суглинки. Мощность четвертичных отложений изменяется от 2,8 до 47,2м.

Интинское каменноугольное месторождение представляет собой синклинальную складку шириной около 3 км глубиной залегания пластов до 700мвытянутую с юго-запада на северо-восток. В структурно-тектоническом отношении поле шахты приурочено к юго-западному крылу Интинской синклинали.

Ось синклинали проходит за северо-западной границей шахтного поля и слабо ундулирует как в горизонтальной (СВ 50-60°), так и в вертикальной плоскости.

Волнистость залегания пластов характерна как для приосевой зоны, так и для крыльев складки. Период волны на поле шахты «Интинская» составляет 20-50м, амплитуда 0.2-0.3м, иногда достигает 0.5м. Волнистость вызвана колебанием межпластовых расстояний вследствие различного их гранулометрического состава при уплотнении.

Гидрогеологические условия оцениваются средней сложности. Угленосная толща пермских отложений характеризуется небольшой обводненностью –циркулируют подземные воды трещинного типа. Наиболее водообильны слои песчаников. Отмечается резкое различие трещиноватости не только различных слоев пород, но и каждого слоя по площади. Характерно уменьшение трещиноватости с глубиной и соответственно снижение водообильности пород. Наиболее водообильны отложения перми в интервале 70-80м, где удельные дебиты по скважинам достигали 0,3-0,4л/с и коэффициенты фильтрации – 0,1-2м/сут, тогда как на глубинах 80-120м и 120-220м удельные дебиты составили соответственно 0,1-0,2 л/c и менее 0,1л/с. Ожидаемый водоприток в шахту при отработке запасов на полное развитие горных работ в уклонном поле составит: нормальный – 540 м³ /час, максимальный – 600 м³ /час.

Промышленная угленосность шахтного поля связана с отложениями верхней части интинской свиты, включающей группу пластов I1-7. Основное промышленное значение имеет выдержанный по мощности и строению пласт 11, пласты 10 и 8 –относительно выдержанные, а пласты 9 и 7 –выдержанные. Строение пластов слоистое с прослоями пород Характерным для всех пластов является широкое распространение ложной и неустойчивой кровли мощностью 0,25-0,49м, волнистой гипсометрии пласта.

Пласты угля относятся к не угрожаемым по горным ударам, не опасным по внезапным выбросам, но опасным по взрываемости угольной пыли. Вмещающие породы силикозоопасны. Шахта относится ко II категории по газу метану. Относительная газообильность шахты равна 8,5м³ /т.

Шахтное поле до первого горизонта с отметкой – 70,0м вскрыто двумя вертикальными центрально-сдвоенными стволами: клетевым и скиповым, а также наклонным вспомогательным стволом по пласту 11. Глубина клетевого и скипового стволов до первого горизонта – 140,2м. Один из стволов –главный оборудуется скиповым подъемом, второй- клетевой оборудуется клетевым подъемом для спуска людей и оборудования и целей вентиляции. Нижняя часть стволов (зумпф) располагается ниже горизонта околоствольного двора. Глубина стволов составит:

(1.1)

глубина зумпфа, скипового ствола – 40м, клетевого – 7м.

глубина ствола, м (70+70,2=140,2м, где +70,2м-отметка земной поверхности, -70,0 отметка откаточного горизонта и околоствольного двора)

Исходя из общего количества воздуха направляемого через ствол в шахту, и скорости его движения по стволу, можно определить площадь сечения ствола по фактору проветривания

(1.2)

общее количество воздуха, 169м³ /с;

коэффициент, учитывающий некоторое загромождение сечения ствола армировкой и оборудованием, а также подъемными сосудами при их движении по стволу;

допустимая скорость движения воздуха по выработке, м/c

Принимаем клетевой ствол диаметром –6,0м, сечением S_св = 28,3м² .

Наклонный ствол пройден с поверхности до первого горизонта по пласту 11, угол наклона 17°. Ствол оборудован одноконцевым подъемом для спуска длинномерных лесоматериалов, труб, рельс и т.д. В стволе проложен рельсовый путь из рельсов Р33, ширина колеи – 900 мм. Служит для подачи свежего воздуха.

Пласты 11 и 10 первого горизонта вскрыты с пласта 9 групповыми квершлагами, пройденными через 1100-1780м. Откаточный служит для электровозной откатки и подачи свежего воздуха; конвейерный – для подачи горной массы с уклонных полей; вентиляционный – для выпуска исходящей струи воздуха.

Околоствольный двор расположен на первом горизонте –70м и имеет круговую схему откатки. Уголь и порода, разгруженные из вагонеток в опрокидывателях, поступают по наклонным бункерам в загрузочные устройства скипового ствола, где и загружаются в скипы.

Заканчиваются работы по проходке конвейерного ствола, который позволит ликвидировать угольный скиповой подъем и обеспечить резервную мощность шахты по выдаче угля. Ствол будет оборудован конвейером 2Л-120 и способен обеспечить выдачу до 4200 тыс. Тонн горной массы в год.

В настоящее время бремсберговые запасы пластов 10 и 11 отработаны. Отработаны запасы на восточном крыле, поэтому шахта «Интинская» является однокрылой. Горные работы ведутся в уклонных полях западного крыла шахты по пластам 11, 10 и 8. Разрабатываются уклонные поля западного крыла II и III блоков, ведутся работы по нарезке IV блока.

Отработка пластов будет осуществляется с применением системы разработки длинными столбами по простиранию. Система рекомендована как наиболее прогрессивная “Временными нормами технологического проектирования угольных и сланцевых шахт” – ВНТП 1-92, а также “Технологическими схемами разработки пластов на угольных шахтах”, 1991 г.

Исходя из горно-геологических условий и опыта отработки лав управление кровлей принимается полным обрушением, охрана выемочных пластовых выработок бесцеликовым способом, охрана промштеков с поддержанием их позади лавы для повторного использования с помощью искусственных ограждений (установка деревянной органной крепи). Целики по пластам будут оставлены только для охраны промплощадки шахты и уклонов.

Механизация очистных работ:

- на пласте 11 – очистные механизированные комплексы 2 ОКП-70, КМ-700;

- на пластах 8, 10 – очистные механизированные комплексы 1ОКП-70, 4ОКП-70.

Подготовительные работы проводятся как с использованием проходческого комбайнов, так и с применением буровзрывных работ. Проведение пластовых горных выработок осуществляется проходческими комбайнами типа 4ПП-2М и ГПКС-03, проведение печей, просеков, заездов, камер и других выработок по породе с помощью буровзрывных работ. Для погрузки породы при проведении горизонтальных выработок применяются погрузочные машины типа 1ПНБ-2 с комплексом навесного оборудования. В качестве основного транспорта горной массы при проведении горных выработок применяются скребковые конвейера СР-70, СП-202; ленточные конвейера 1ЛТ-80, 2ЛТ-80, в качестве вспомогательного транспорта используются канатные напочвенные дороги типа ДНКЛ.

Проветривание подготовительных забоев осуществляется вентиляторами местного проветривания типа СВМ-6М, ВМЦ-8.

Основные подготовительные горные выработки крепятся металлической трехзвенной или пятизвенной арочной крепью из взаимозаменяемого профиля.

Подземный транспорт предназначен для перевозок: горной массы от очистных и подготовительных забоев до угольного и породного скипового ствола; крепежных, закладочных и других материалов, а также оборудования; людей. Основной вид транспорта на шахте –конвейерный.

В очистных забоях горная масса грузится комбайнами на лавный конвейер, на сопряжении лавы с подготовительной выработкой горная масса перегружается на передвижной конвейер СП-202 и затем на ленточные телескопические конвейера типа 1ЛТ-80, 2ЛТ-80. Для транспортировки горной массы по уклонам применяются ленточные конвейера типа 1Л-80, 1Л-100У, 2Л-100У, 1ЛУ-120. Горная масса с конвейерных уклонов грузится в аккумулирующие бункера-гезенки, с группового откаточного штрека откатка угля до околоствольного двора осуществляется контактными электровозами К14 в вагонетках УВГ-3.3, емкостью 3.3 т. Затем горная масса перегружается в скипы угольного скипового подъема и выдается на поверхность. Доставка материалов и оборудования до приемных площадок уклонов осуществляется контактными электровозами К14 в вагонетках УВГ-3.3 Для транспортировки по наклонным выработкам используют подъемные лебедки Л-25 и напочвенные дороги ДКНЛ-1.

Переработка и обогащение горной массы, добываемой в шахте, производится в цехе №1 ГОФ «Интинская».

2. Расчет толщины монолитной крепи вертикального клетевого ствола

В качестве основных расчетных данных для определения устойчивости пород, величин их смещений, нагрузок на крепь и параметров крепи выработки должны приниматься:

- расчетная глубина размещения выработки-;

- расчетные значения физико-механических свойств горных пород;

- нормативные и расчетные характеристики материалов крепи и заполнения закрепного пространства.

2.1 Характеристика ствола

Форму ствола выбираем на основании возможности максимальной механизации работ проходческого цикла , назначения ствола, крепи и срока службы. На основании вышеперечисленных требований наиболее рациональной формой ствола является круглая. Круглая форма ствола имеет меньшее 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, 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%. Она применима в породах I-IY категории устойчивости. Стволы при бетонной крепи имеют круглую форму поперечного сечения. Толщина крепи 200-600мм, диаметр ствола в свету 4,5-8,0м. На шахте «Интинская» пройдены скиповой ствол диаметром в свету 5,5м и клетевой диаметром в свету 6,0м.

Согласно анализу геологической, гидрогеологической и горнотехнической обстановки, проектируемый шахтный ствол не испытывает воздействия очистных работ. Согласно п.3.2 [2] ствол считается расположенным вне зоны вредного воздействия работ и расчеты ожидаемых деформаций не производятся.

Проектом принимается совмещенная схема проходки ствола. Для проходки применяем комплекс проходческого оборудования КС-2у с погрузочной машиной КС-2у/40, вместимость грейфера 0,65м³ , вместимость бадьи 4м³ . Бурильная установка БУКС-1.

Для проветривания ствола принимается вентилятор типа ВМ-6м. Подача сжатого воздуха производится компрессорами типа К-100-63-1. Откачка воды в бадьи производится при помощи насоса Н-1м.

2.2 Расчет критерия устойчивости пород

2.2.1 Расчетное сопротивление пород сжатию

Расчетное сопротивление пород (массива) сжатию следует определять по формуле

(2.1)

среднее значение сопротивления пород в образце одноосному сжатию, устанавливаемое экспериментально по результатам испытаний образцов пород, Мпа (кгс/cм² );

-коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенность массива пород поверхностями без сцепления, 0,6.

2.2.2 Расчет критерия устойчивости пород по участкам ствола

Выбор типа и расчет параметров крепи вертикального шахтного ствола следует производить дифференцированно для устья, протяженной части, участков сопряжений в зависимости от инженерно-геологических, гидрогеологических условий, вредных воздействий, а также с учетом схем организации и методов производства работ.

Выбор типа и расчет параметров крепи для протяженной части ствола, а также участков сопряжения следует производить на основании определения категорий устойчивости пород вертикальных выработок. Толщина монолитной бетонной крепи определяется из условия состояния устойчивости горных пород в районе заложения ствола.

Коренные породы представлены аргиллитами, алевролитами и песчаниками с коэффициентом крепости пород по шкале Протодьяконова f=3,5-5,8.

Величина критерия устойчивости пород вертикальной выработки следует определять по формуле:

(2.2)

коэффициент, учитывающий взвешивающее действие воды, для участков вне водоносных горизонтов, 1,0; для пород водоносного горизонта определяется по формуле

(2.3)

высота толщи пород от почвы водоупора до земной поверхности, м;

высота толщи пород от рассматриваемого сечения в водоносном горизонте до почвы водоупора (до кровли водоносного горизонта), м;

соответственно, удельный вес частиц пород водоносного горизонта и удельный вес воды, кН/м³ (тс/м³ );

коэффициент пористости пород водоносного горизонта, принимаемый как отношение объема пор к объему скелета, определяемый по данным гидрогеологических изысканий;

высота толщи пород от рассматриваемого сечения до земной поверхности, м;

давление подземных вод с учетом водопонижения, кПа (тс/м² ), при

коэффициент воздействия на ствол других выработок: для протяженных участков ствола равен 1,0, для сопряжений- 1,5;

коэффициент воздействия на ствол очистных работ, для участков, не испытывающих воздействий, 1,0;

коэффициент влияния времени эксплуатации проектируемой выработки,для шахтных стволов 1,0;

коэффициент влияния угла залегания пород a, град;

проектная глубина размещения выработки, м;

расчетное сопротивление пород, Мпа.

2.3 Давление на крепь ствола

2.3.1 Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород устья ствола

Расчет крепи устьев ствола следует производить на действие вертикальных и горизонтальных давлений (нагрузок).

Вертикальные нагрузки.

Вертикальные нагрузки следует определять как сумму давлений от собственного веса крепи, веса оборудования и сооружений, опирающихся на крепь.

Расчетную вертикальную нагрузку , кН (тс), действующая на крепь устья, следует определять по формуле

(2.4)

коэффициент перегрузки, 1,4;

сумма вертикальных нагрузок, передаваемых опорами горнотехнических сооружений, расположенных на поверхности вблизи ствола, на крепь устья ствола, кН (тс);

собственный вес крепи ствола, кН (тс).

При расчете крепи устьев стволов на вертикальную нагрузку рекомендуется пользоваться методикой, изложенной в работе Е.П. Калмыкова «Сооружение устьев вертикальных стволов». М., Госгортехиздат, 1960, с. 35-80.

Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород.

Горизонтальная нагрузка действующая на крепь устья, складывается из нагрузок от пород, пригрузки от поверхностных фундаментов, зданий и сооружений и в обводненном массиве, гидростатического давления , т.е. .

Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород , кПа (тс/м² ), на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых породах наносов

29-04-2015, 04:19