коэффициент перегрузки, 1,3;
коэффициент, 1,7- при расстоянии от проемов в крепи более 20м, 2,9- при расстоянии менее 20м;
радиус ствола в свету, м;
угол внутреннего трения в наносах, град;
безразмерный коэффициент
(2.6)
глубина рассматриваемого участка от поверхности, 20м;
наибольшая суммарная дополнительная нагрузка от зданий и сооружений, расположенных на поверхности вблизи ствола, кПа (тс/м2
);
удельный вес породы (грунта), кН/м3
(тс/м3
)
(2.8)
средняя плотность пород (грунта), т/м3
;
ускорение силы тяжести, м/с2
2.3.2 Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород протяженной части ствола
Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород 
, кПа (тс/м2
), на крепь протяженной части вертикальной выработки при отсутствии влияния горизонтальных деформаций от воздействия очистных работ следует определять по формуле
(2.9)
радиус выработки в свету, м;
коэффициент перегрузки, 1,3;
коэффициент условий работы, 0,8;
коэффициент приведения к расчетному (максимальному) давлению при неравномерной эпюре нагрузок, 2,0 –при совмещенной схеме проходки ствола;
нормативное давление на крепь, кПа (тс/м2
)
(2.10)
критерий устойчивости вертикальной выработки;
параметр, учитывающий технологию проходческих работ. При совмещенной технологической схеме проходки с передвижной опалубкой 
При расчете горизонтального давления обводненных пород вместо коэффициента 
следует принимать коэффициент 
(2.11)
2.3.3. Расчет горизонтального давления пород на крепь ствола в зоне сопряжения
Расчетное горизонтальное давление пород на крепь вертикальной выработки в районе сопряжения на протяжении 20м вверх и 20м вниз от сопряжения следует определять по формуле
(2.12)
радиус выработки в свету, 3,0м;
коэффициент перегрузки, 1,3;
коэффициент условий работы, 0,8;
коэффициент приведения к расчетному (максимальному) давлению при неравномерной эпюре нагрузок
при 
(2.13)
при 
(2.14)
расстояние от узла сопряжения до рассматриваемого сечения в районе 20м;
коэффициент перехода от протяженного участка к району сопряжения, 0,025
нормативное давление на крепь, кПа (тс/м2
)
(2.15)
(2.16)
критерий устойчивости вертикальной выработкив районе сопряжения;
параметр, учитывающий технологию проходческих работ.
2.3.4. Давление подземных вод
Давление подземных вод 
, кПа (тс/м2
), на крепь выработки в коренных породах без их тампонажа следует определять поформуле
(2.17)
коэффициент перегрузки, 1,1;
естественный или сниженный общим водопонижением напор в данном водоносном горизонте, м;
коэффициент фильтрации крепи, для бетонной крепи 0,00158м/сут;
коэффициент фильтрации породы, м/сут;
соответственно внешний и внутренний радиус крепи;
радиус влияния дренажа выработки, определяемый по данным гидрогеологических изысканий из выражения 
коэффициент пьезопроводности водоносного горизонта, м2
/сут;
время от начала дренирования, сут;
удельный вес воды, кН/м3
(тс/м3
).
При проектировании горных выработок сумма остаточных водопритоков с водоносных горизонтов не должна превышать допустимого водопритока в ствол, установленного по правилам производства и приемки работ подземных горных выработок.
Остаточный водоприток в ствол 
, м3
/сут, в результате фильтрации воды через крепь следует определять по формуле
мощность водоносного горизонта, м;
фильтрационный расход воды на единицу длины ствола, м2
/сут
2.4. Расчет толщины крепи по участкам ствола
Расчет толщины монолитной бетонной и набрызг-бетонной крепи вертикальной выработки 
,мм, следует производить по формуле
(2.18)
радиус вертикальной выработки в свету, 3.0м;
коэффициент условий работы крепи, 1,25;
коэффициенты, учитывающие длительную нагрузку, условие для нарастания прочности и температурные колебания, принимаемые в соответствии с главой СниП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций;
расчетное сопротивление бетона сжатию, принимаемое в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, кПа (тс/м2
);
коэффициент концентрации напряжений в конструкции крепи, принимаемый равным 1,0- на протяженных участках ствола, 
в районе сопряжения, гдерасстояние от узла сопряжения до рассматриваемого сечения,м;
горизонтальное давление в кПа (тс/м2
), определяемое как суммарное от давления пород и подземных вод ;
толщина породобетонной оболочки, образующейся за счет проникновения бетона в окружающие нарушенные породы: для набрызгбетона принимается равной 50мм, для остальных типов крепи –равной нулю.
2 .5 Пример расчета
Исходные данные:
1. Абсолютная отметка устья ствола 70,2м
2. Абсолютная отметка горизонта -70,0м
3. Глубина ствола от поверхности 140,2м
4. Глубина зумпфа 7,0м
5. Полная глубина ствола, включая зумпф 147,2м
6. Диаметр ствола в свету 6,0м
7. Площадь ствола в свету 23,8м2
8. Вид крепи ствола бетон
9. Мощность наносов 20м
10. Угол залегания пород 330
Ствол охраняется по всем Правилам охраны. Предусматривается совмещенная схема проходки.
При проходке ствола встречаются следующие породы:
Наносы-20м-суглинки, супеси, глины.
Коренные породы. Ствол пересекает слаботрещиноватую толщу пород с углом падения 330
, состоящую из переслаивающихся алевролитов, аргиллитов, песчаников мощностью от 0,3 до 5,3 метра. Физико-механические свойства пород сведены в таблицу 2.1. Преобладающими являются слои аргиллитов 
и 
.
До глубины Н=75м ствол пересекает три угольных платса 11,10, 9. На глубине Н=95м ствол в алевролитах встречает водоносный горизонт с напором 
. Мощность водоносной толщи 12м с коэффициентом пьезопроводности 
, 
коэффициент фильтрации пород 
, 
, 
, 
. На глубине Н=110м ствол пересекает угольный пласт 8. На глубине Н=140,2м закладывается сопряжение с околоствольным двором. Песчаник, .
Таблица 2.1
Физико-механическая характеристика вмещающих пород и угля.
| Показатели | Ед. Изм. | Исходные данные | |||
| Аргиллит | Алевролит | Песчаник | Уголь | ||
| Прочность на сжатие | кг/см2 | 76-380 201 |
60-530 277 |
150-560 368 |
17,8-25,3 20 |
| Прочность на разрыв | кг/см2 | 8-79 35 |
11-59 41 |
27-137 55 |
|
| Коэффициент крепости *** | 2.0-9.4 3.5 |
2.2-8.9 5.8 |
2.1-3.5 4.7 |
1.5-1.8 1.6 |
|
| Влажность | % | 5.3 | 4.3 | 3.8 | 1.5 |
| Пористость | % | 12.6 | 13.2 | 12,7 | 10,0 |
| Объемный вес | т/м3 | 2,35 | 2,35 | 2,37 | 1,49 |
| Водопоглощение | 9,4 | 8,0 | 9,9 | 1,53 | |
*** -коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова
Решение.
Согласно анализу геологической, гидрогеологической и горнотехнической обстановки, проектируемый шахтный ствол не испытывает воздействия очистных работ, поэтому ствол считается вне зоны вредного воздействия работ и расчеты ожидаемых деформаций не производятся.
1. Расчет толщины крепи устья ствола.
Определяем расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород , кПа (тс/м2
), на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых породах наносов при 
1,3;
2,9;
3,0м;
8о
;
20м;
кН/м3
. Породы наносов насыщены водой. Коэффициент пористости наносов 
. Вместо 
рассчитываем поправку в формулу
На поверхности отсутствует дополнительная пригрузка от зданий и сооружений 
, так как они отстоят от контура ствола на расстоянии более 
.
Части устьев стволов, расположенные в сезонно оттаивающих породах и подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию в водонасыщенном состоянии должны крепиться минимальной проектной маркой бетона М300. Расчетная толщина крепи из монолитного бетона марки М300 равна
Принимаем толщину крепи в наносах равную 300мм.
2. Расчет толщины крепи ствола на участке
. По формуле (7) [1] осуществляется расчет устойчивости обнажений пород на этом участке ствола. Ствол пересекает на этом участке три угольных пласта 11, 10 и 9. Преобладающие породы на участке аргиллиты.
. Согласно формуле (2)[1]
Входящие в формулу (7) коэффициенты имеют для данного участка следующие значения:
Породы устойчивые и относятся к I категории устойчивости пород. В породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи назначается без расчета по табл.3[1]
.
Произведем дополнительный расчет участка по угольным пластам
Входящие в формулу (7) коэффициенты имеют для данного участка следующие значения:
Породы устойчивые и относятся к I категории устойчивости пород. В породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи назначается без расчета по табл.3[1].
3. Расчет толщины крепи ствола на обводненном участке
Так как 
необходим расчет давления подземных вод
При расчете горизонтального давления обводненных пород вместо коэффициента следует принимать коэффициент
Толщина бетонной крепи из марки М200 равна
Принимаем 
. Произведем проверку остаточного водопритока в ствол в результате возможной фильтрации воды через крепь
, что не превышает допустимого водопритока в ствол
4. Расчет толщины крепи ствола на участке
Ствол на этом участке пересекает угольный пласт 8, 
.
Входящие в формулу (7) коэффициенты имеют для данного участка следующие значения:
Породы устойчивые и относятся к I категории устойчивости пород. В породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи назначается без расчета по табл.3[1].
5. Расчет толщины крепи ствола на участке сопряжения
Проектом предусмотрено, что на глубине 140,2м закладывается сопряжение с околоствольными выработками. 
при 
при 
при 
при 
Расчетная толщина крепи из монолитного бетона марки М200 по формуле (18) [1] равна для
Толщина крепи из бетона марки М200 по формуле (18) [1] равна для 
Расчетная толщина крепи должна быть не менее величин, указанных в таблице 3[1]. Окончательно принимаем толщину крепи ствола на сопряжении 
2.6 Выбор толщины крепи для ствола
Выбор толщины крепи для проектируемого ствола сведены в таблицу 2.2
Таблица 2.2
| Глубина заложения, м | Марка бетона | Толщина крепи, мм |
| Наносы-20м | М300 | 300 |
| От наносов до 83 | М200 | 200 |
| 83 - 95(водоносный горизонт 12м) | М200 | 350 |
| 95 - 120 | М200 | 200 |
| 120 – 140,2 (сопряжение) | М200 | 250 |
| Зумпф | М200 | 250 |
2.7 Камера сопряжения околоствольного двора с клетевым стволом
Околоствольный двор в месте его сопряжения с клетевым стволом должен обеспечивать безопасность, удобство работ по замене груженых вагонеток на порожние, по спуску и подъему людей, приемке материалов и оборудования, а также пропуск воздуха для проветривания горных работ с минимальным его сопротивлением.
Высота сопряжения принимается в зависимости от размеров доставляемых в шахту различных материалов и оборудования (длинномерных материалов- рельсов и труб и т.п.). Высоту сопряжения околоствольного двора со стволом можно определить
диаметр ствола в свету, 6,0м;
максимальная длина спускаемого в шахту материала, рельсы 8,0м
высота сопряжения околоствольного двора со стволом, м
Угол 
, при котором предмет длиной
может пройти из ствола в околоствольный двор при минимальной высоте сопряжения, будет равен 45°, тогда 
. В стволах круглого сечения длинная ось клети не совпадает с диаметром, а проходит по некоторой хорде, длину которой с достаточной для расчетов точностью можно принять равной 
. Окончательно высота сопряжения
Высота сопряжения околоствольного двора со стволом принимается не менее 4500мм от головок рельсов. Ширина выработки, сопрягающейся со стволом принимается равной диаметру ствола. Ширину между путья в сопряжении околоствольного двора с клетевым стволом следует принимать равной растоянию между осями клетей, а проходы с каждой стороны по 1000мм п.3.16, 3.17[1].
Форма сопряжения кровли выработки со стволом может быть наклонной или прямолинейной. Наклонное сопряжение кровли обеспечивает более плавный выход струи воздуха из ствола в околоствольный двор, что частично снижает аэродинамическое сопротивление.
Крепь сопряжения, принимают из железобетона с большим насыщением арматуры и часто усиливают дополнительно анкерной крепью с металлической сеткой. Почву сопряжения также закрепляют бетоном. В стволе выше сопряжения закладывают опорный венец и устраивают водоулавливающее кольцо.
3 . Расчет параметров крепления выработки шахты
Форму поперечного сечения выработки следует выбирать в зависимости от устойчивости пород, срока службы и назначения выработки. В устойчивых породах следует принимать выработку сводчатой формы с вертикальными стенками.
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 и с учетом несущей способности одной рамы крепи рассчитать плотность ее установки.
3.1 Краткая характеристика условий проведения горизонтальной выработки
Выработка проводится по простиранию пласта 9 на глубине 140м (откаточный горизонт –70м) с присечкой вмещающих пород:аргиллитов, алевролитов и песчаников. Срок службы выработки 20 лет. Проектируемый магистральный конвейерный штрек предназначен для транспорта угля с уклонных полей 2 и 3 пластов 11, 10 до наклонного конвейерного ствола. По выработке проложен
29-04-2015, 04:19