РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АРОЧНОЙ КРЕПИ ОТКАТОЧНОГО ШТРЕКА В УСЛОВИЯХ ШАХТЫ «КЫЗЫЛ-АЛМА»

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается теория расчета нагрузка на крепь горизонтальной горной выработок. Выводятся разрешающе зависимости. Производства сравнение полученных результатов с известными аналогами и даются соответствующие выводы. Обсуждается актуальный, весьма важный и неоднозначный вопрос формирование тектонических напряжений поля в массиве горных пород.

ABSTRACT

This article discusses the theory of calculating the load on the lining of horizontal mine workings. Resolving dependencies are displayed. Production comparison of the obtained results with known analogues and appropriate conclusions are given. The topical, very important and controversial issue of the formation of tectonic field stresses in a rock mass is discussed.

Ключевые слова: поддержания горных выработок, нагрузка на крепь, напряжённое состояние, горным давления, тектонических нарушений, боковыми нагрузками.

Keywords: maintenance of mine workings, support load, stress state, rock pressure, tectonic disturbances, lateral loads.

Определенный интерес представляют материалы изучения состояния и условий поддержания горных выработок на действующих рудниках Узбекистана и Центральной Азии. Отличительной особенностью в этом регионе является то, что, кроме факторов, носящих общий характер для системы «породный массив–горная выработка», рассмотренных выше, Центрально-Азиатский регион относится к зонам, подверженным землетрясениям разрушительной силы. Все месторождения полезных ископаемых этого региона находятся в пределах участков, сейсмичность которых оценивается в 7 – 8, зоны расположения некоторых месторождений в Восточном Узбекистане, отнесены к зонам по сейсмичности в 9 баллов. При некоторых землетрясениях месторождения попадали в зону с максимальной интенсивностью сейсмических колебаний, что приводило к нарушениям устойчивой работы шахт, деформациям крепи горных выработок и выводу из строя стационарных установок (подъемных, водоотливных и вентиляторов главного проветривания). По многолетним данным сейсмологов в этих районах ежегодно в среднем происходит более двухсот землетрясений силой свыше двух баллов. На ликвидацию их последствий часто тратятся дополнительные средства, что отражается на себестоимости продукции. Весьма ощутимый ущерб наносят нередкие в этом регионе сильные землетрясения, и значительная часть ущерба приходится на восстановление и ремонт подземных выработок.

Известны результаты многолетних наблюдений за состоянием горных выработок, находившихся под влиянием тектонических напряжений. Обследование подготовительных выработок показало, что их состояние иногда продолжает оставаться неудовлетворительным, несмотря на частые ремонты. Обращает на себя внимание объем работ по поддержанию выработок, когда отдельные участки в среднем ремонтировались через 1-1,5 года, хотя есть участки, на которых ремонт крепи производили 2-3 раза в течение одного года. Было изучено состояние выработок, закрепленных металлической арочной крепью, которая имеет большой удельный объем по сравнению с другими конструкциями. Эта крепь по конструктивным особенностям должна работать достаточно надежно в податливом режиме, т.е. обеспечивать заданные расчетные деформации без разрушения. На самом же деле рама оказывается «смята» боковыми нагрузками, а выработка сужается в результате этого воздействия, или же рама деформируется, словно нет в конструкции крепи узлов податливости.

Металлические рамные крепи являются наиболее распространенным видом крепи горизонтальных и наклонных горных выработок.

Арочные податливые крепи трехзвенные и пятизвенные. Крепи из шахтного спец профиля, получившие широкое распространение на шахтах, состоят из отдельных арок, устанавливаемых в выработках на расстоянии 0,5–1,2 м одна от другой, между рамных стяжек (распорок) и железобетонных, деревянных или решетчатых металлических затяжек, укладываемых в пролетах между арками.

Арочные податливые крепи изготавливаются из стального проката специального желобчатого (шахтного) профиля шести типоразмеров: СВП-14, СВП-17, СВП-19, СВП-22, СВП-27, СВП-33.

Исходные данные для расчета сопротивления крепи: ширина В = 3,44 м и высота h = 3,3 м; расчетная глубина расположения горной выработки от поверхности H= 490 м; согласно данным горно-геологической службы шахты главная рудоносная зона размещается в мощном минерализованном массиве, который характеризуется пестрым литологическим составом, интенсивной тектонической нарушенностью и трещиноватостью пород.

К осложняющим факторам относится обводненность тектонических нарушений и наличие в них глинки трения. Руды и породы массива относятся к числу неустойчивых (75%). Для пород висячего бока характерны отслоения и вывалы в виде глыб, плит. Рудные тела размещаются в зонах разломов, представленных участками перетёртых пород с многочисленными трещинами. Интенсивно-трещиноватые участки находятся непосредственно в области разрывных нарушений.

Территория, на которой расположено месторождение Кызылалмасайское, относится к 8 бальной сейсмической зоне. В горных выработках развиты обрушения, вывалы, выпирания.

Прочностные показатели всех литологических разностей пород меняются в зависимости от интенсивности, степени окварцованная и трещиноватости пород.

Расчеты будут проводиться для:

- 𝜎_сж =R= 28,6 МПа

Расчеты и выбор параметров крепи откаточного штрека выполнены в соответствии с требованиями «Инструкции по выбору рамных податливых крепей горных выработок» - 1991г. [1],

Расчетное сопротивление пород сжатию R_с, МПа в соответствии с пунктом 8 «Инструкции…» [1], определяют с учетом вмещающих выработку слоев (пластов), залегающих на расстояниях от контура сечения выработки в кровле 1,5B, в почве 16 (B — ширина выработки, м), а в боках при пологом и наклонном падении по высоте выработки, при крутонаклонном и крутом — на расстоянии 1B.

Усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию определяют по формуле:

                                              (1) 

где  — расчетное сопротивление слоев пород сжатию, Мпа; — мощность слоев пород, м.

Для выработок, проведенных по напластованию в условиях пологих и наклонных пластов и вкрест напластования при любом залегании,  определяют по формуле (2) для кровли с охватом пород по вертикальной линии 1—2, для почвы — по линии 3—4, для боков — с усреднением по линиям 5—6 и 7— 8 (см. рис. 1, а).

Для выработок, проведенных по напластованию в условиях крутонаклонного и крутого падения пластов,   определяют также по формуле (2) с охватом пород для кровли по линиям 1— 2 и 1' —2' для почвы 3—4 и 3'—4 для боков по линиям 2—5 и 3—6 или 2'—5' и 3' —6' для каждой стороны выработки отдельно (см. рис. 1, б)

Рисунок 1. Схемы к определению расчетного сопротивления пород сжатию: а — пологое и наклонное, б — крутонаклонное и крутое падение

Расчетное сопротивление сжатию слоев пород в массиве определяют с учетом нарушенности массива согласно пункту 6 «Инструкции…» [1]:

где  =0,6 — коэффициент, учитывающий нарушенность массива пород, определяемый в зависимости от тектонической нарушенности места расположения выработки в соответствии с таблицей 1 «Инструкции…» [1].

При определении  для выработок, расположенных в пластичных глинистых и в многолетнемерзлых породах, следует принимать .

Таблица 1.

Коэффициент тектонической нарушенности места расположения выработки

Расчетная прочность пород:

Расчетное сопротивление пород кровли составит:

Расчетное сопротивление пород почвы составит:

Согласно пункту 5.12 «Указаний…» [2] величину смещений пород в протяженных выработках на их сопряжениях и в камерах, расположенных вне зоны влияния очистных работ, определяется:

где   – коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки относительно простирания пород, = 1;

 – коэффициент направления смещения пород: при определении смещений со стороны кровли или почвы  = 1;

 – коэффициент влияния размера выработки, определяемый по формуле:

,

;

– коэффициент воздействия других выработок, принимаемый для одиночных выработок равным  =1;

 – коэффициент влияния времени на смещения пород,  = 1;

 – смещение пород, принятое за типовое по графикам (см. рисунок 2)

«Указаний…» [2]) в зависимости от расчетного сопротивления пород сжатию и расчетной глубины расположения выработки,  = 585 мм;

Рисунок 2. Графики для определения типового смещения пород

Расчетную нагрузку Р на 1 м выработки со стороны кровли и почвы определяют в соответствии с пунктом 13 «Инструкции…» [1]:

где   кПа – нормативная удельная нагрузка, определяемая по таблице 4 «Инструкции…» [1] в зависимости от смещений пород = 52,8 мм и ширины выработки B = 3,44 м (промежуточные величины определяются интерполяцией ближайших значений);

– коэффициент, характеризующий перегрузку и степень надежности, принимается для вскрывающих выработок согласно таблице 5 пункта 13 «Инструкции…» [1],  = 1,15;

= 1 – коэффициент влияния способа проведения выработок, при буровзрывном способе принимается 1.

Плотность основной крепи, определяется в соответствии с пунктом 15 «Инструкции…» [1]:

где  260 кН – сопротивление одной рамы крепи КМП-А3 (СВП-22 с замком ЗПК).

Принимаем  рамы/м, т. е. с шагом установки 0,87 м.

Рисунок 4. Расположения схема арочной металлической крепи

Список литературы:

1. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок (издание 2-е, переработанное и доп.). НИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела, Санкт-Петербург – 1991 г.
2. Указания по рациональному расположению, охране и подержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Издание 2-е, доп. Министерство угольной промышленности СССР, 1977 г.
3. Методика расчета и выбора крепи на сопряжениях горных выработок при одинарной и парной подготовке выемочных столбов, (Мин. промышленности и энергетики РФ. РАН. ФГУП «ВНИМИ» - Межотраслевой научный центр ВНИМИ) СПб., 2004.
4. Абдурахманов Х.Х. Меликулов А.Дж., Салямова К.Дж., Гасанова.Н.Ю., Бакиров Г.Х. “Геомеханические фактори повышения эффективности геотехнологий с учетом их ресуровоспроизводства и ресурсобережения в современных рыночных условиях” // проблемы энерго и ресурсосбережения–№1-2 (66)–2020. Cтр 193-199.
5. Меликулов А.Дж., Акбаров Т.Г., Имаилов А.С., Бакиров Г.Х., Мухитдинов Ш.Р. Факторы обеспечения длительной устойчивости и безопасности подземных горных выработок шахт и рудников в условиях проявления тектонических процессов//Вопросы науки и образования–19 (66)–2019.Cтр-7-18.  https://scholar.google.ru/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=ucC-m0UAAAAJ&citation_for_view=ucC-m0UAAAAJ:IjCSPb-OGe4C