TOCo «1-3»
Введение… PAGEREF _Toc514128617 h 2
1. Общие сведения о шахте.… PAGEREF _Toc514128618 h 3
2. Расчет толщины монолитной крепи вертикального клетевого ствола… PAGEREF _Toc514128619 h 8
2.1 Характеристика ствола… PAGEREF _Toc514128620 h 8
2.2 Расчет критерия устойчивости пород… PAGEREF _Toc514128622 h 9
2.2.1 Расчетное сопротивление пород сжатию… PAGEREF _Toc514128623 h 9
2.2.2 Расчет критерия устойчивости пород по участкам ствола… PAGEREF _Toc514128624 h 9
2.3.2 Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород протяженнойчасти ствола PAGEREF _Toc514128625 h 12
2.3.3. Расчет горизонтального давления пород на крепь ствола в зонесопряженияPAGEREF _Toc514128626 h 13
2.3.4. Давление подземных вод… PAGEREF _Toc514128627 h 14
2.5 Пример расчета… PAGEREF _Toc514128628 h 15
2.6 Выбор толщины крепи для ствола… PAGEREF _Toc514128629 h 20
2.7 Камера сопряжения околоствольного двора с клетевым стволом… PAGEREF _Toc514128630 h 21
3. Расчет параметров крепления выработки шахты… PAGEREF _Toc514128631 h 22
3.1 Краткая характеристикаусловий проведения горизонтальной выработки… PAGEREF _Toc514128632 h 22
3.2 Расчет параметров крепления… PAGEREF _Toc514128633 h 23
3.2.1 Выбор размера поперечногосечения выработки… PAGEREF _Toc514128634 h 23
3.2.2 Определение расчетнойплотности пород… PAGEREF _Toc514128635 h 25
3.2.3 Определение смещений пород наконтуре выработки… PAGEREF _Toc514128636 h 25
3.2.4 Определение расчетной нагрузкина рамную податливую крепь… PAGEREF _Toc514128637 h 26
3.3 Выбор плотности установки крепи… PAGEREF _Toc514128638 h 27
3.3.1 Выбор металлической крепи поподатливости… PAGEREF _Toc514128639 h 28
3.4 Пример расчета… PAGEREF _Toc514128640 h 28
Список использованной литературы… PAGEREF _Toc514128641 h 32
Введение
Несмотря на определенныеуспехи в области разработки и внедрения новых видов крепей и методов механикиподземных сооружений, затраты средств, труда и материалов на крепление иподдержание горных выработок за последние 10 лет не уменьшились, чтообъясняется недостаточной несущей способностью крепей в сложныхгорно-геологических условиях и, наоборот, завышением несущей способности крепив устойчивых породах.
К числу главных причин,сдерживающих рост технико-экономических показателей в области крепления иподдержания горных выработок, относятся сложность и изменчивостьгорно-геологических условий, нарушения технологии изготовления крепи икрепления горной выработки, недостаточное внимание к вопросам обеспечениянеобходимой надежности крепи.
Особуюактуальность приобретает проблема повышения надежности крепей горных выработокв связи с постоянным увеличением объемов их проведения в сложныхгорно-геологических условиях.
Надежность,как вероятность устойчивого состояния горных выработок, зависит от многихфакторов, и прежде всего от обоснованности проектных решений, т.е. от того, скакой точностью выбранные в проекте характеристики крепи соответствуютфактической интенсивности проявлений горного давления.1.Общие сведения о шахте.
Интинское месторождениекаменного угля расположено в юго-западной части Печорского угольного бассейнана территории Интинского района Республики Коми. Шахта связана железнодорожнойветкой нормальной колеи со станцией «Инта-1» Северной железной дороги МПС РФ, атакже автодорогами местного значения с асфальтобетонным покрытием.Водоснабжение шахты осуществляется водопроводами с забором воды из артезианскихскважин, теплоснабжение от РКК. Электроснабжение шахты осуществляется отПечорской ГРЭС по ВЛ220кВ.
Поверхность шахтного поляпредставлена заболоченной тундрой, покрытой отдельными участками леса, имеетсямного мелких озер. Местами встречается мелкоостровная мерзлота глубиной 10¸15 метров.
Климат районасубарктический. Согласно схематическому районированию по СниП 2.01.07.85,Приложение 5, район города Инта относится к 1Д климатическому подрайону. Нормаосадков для Интинского района –606мм. Нормативная глубина промерзания 2,5м, наоткрытых площадках без снежного покрова до 3,6м. Величина снежного покрова на открытойместности 0,40¸0,45метра.
Вгеологическом строении шахтное поле шахты “Интинская” принимают участиеугленосные отложения воркутской и печорской серии пермского возраста, мощностьюоколо 760м. В составе воркутской серии выделяются отложения лекворкутской иинтинской свит, литологический состав и свойства пород которых почти одинаков.Промышленная угленосность всего Интинского месторождения связана с отложениямиинтинской свиты, мощностью около 600м. Количественное соотношение пород свитприведено в таблице 1.1
Таблица 1.1
Наименование
пород
Содержание в %
Воркутская
свита
Лекворкутская
свита
Интинская
свита
.Угольные образования
2.5
1.2
4.1
Аргиллиты
17.8
10.9
24.6
.Алевролиты
38.7
47.1
29.4
Песчаники
40.9
40.2
41.7
Конгломераты и гравеллиты
0.1
0.0
0.2
Четвертичные отложения повсеместно покрывают пермские осадки.В их состав входят ледниковые, древнеаллювиальные образования, представленныеморенными глинами, суглинками, супесями, древнеаллювиальными песками сприсутствием небольшого количества валунов и галек. В верхней частичетвертичных отложений залегают покровные суглинки. Мощность четвертичныхотложений изменяется от 2,8 до 47,2м.
Интинскоекаменноугольное месторождение представляет собой синклинальную складку ширинойоколо 3 км глубиной залегания пластов до 700мвытянутую с юго-запада насеверо-восток. В структурно-тектоническом отношении поле шахты приурочено кюго-западному крылу Интинской синклинали.
Ось синклинали проходит за северо-западной границей шахтногополя и слабо ундулирует как в горизонтальной (СВ 50-60°), так и в вертикальной плоскости.
Волнистостьзалегания пластов характерна как для приосевой зоны, так и для крыльев складки. Периодволны на поле шахты «Интинская» составляет 20-50м, амплитуда 0.2-0.3м,иногдадостигает 0.5м. Волнистость вызвана колебанием межпластовых расстоянийвследствие различного их гранулометрического состава при уплотнении.
Гидрогеологическиеусловия оцениваются средней сложности. Угленосная толща пермских отложенийхарактеризуется небольшой обводненностью –циркулируют подземные воды трещинноготипа. Наиболее водообильны слои песчаников. Отмечается резкое различиетрещиноватости не только различных слоев пород, но и каждого слоя по площади.Характерно уменьшение трещиноватости с глубиной и соответственно снижениеводообильности 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 дебитысоставили соответственно 0,1-0,2 л/c и менее 0,1л/с. Ожидаемый водоприток вшахту при отработке запасов на полное развитие горных работ в уклонном полесоставит: нормальный – 540 м3/час, максимальный – 600 м3/час.
Промышленная угленосность шахтного поля связана сотложениями верхней части интинской свиты, включающей группу пластовI1-7. Основное промышленное значение имеетвыдержанный по мощности и строению пласт 11, пласты10 и8 –относительновыдержанные, а пласты9 и7 –выдержанные. Строение пластов слоистое спрослоями пород Характерным для всех пластов является широкое распространениеложной и неустойчивой кровли мощностью0,25-0,49м,волнистой гипсометрии пласта.
Пластыугля относятся к не угрожаемым по горным ударам, не опасным по внезапнымвыбросам, но опасным по взрываемости угольной пыли. Вмещающие породысиликозоопасны. Шахта относится ко II категории по газу метану. Относительнаягазообильность шахты равна 8,5м3/т.
Шахтное поле до первогогоризонта с отметкой – 70,0м вскрыто двумя вертикальными центрально-сдвоеннымистволами: клетевым и скиповым, а также наклонным вспомогательным стволом попласту 11. Глубина клетевого и скипового стволов до первого горизонта – 140,2м.Один из стволов –главный оборудуется скиповым подъемом, второй- клетевойоборудуется клетевым подъемом для спуска людей и оборудования и целейвентиляции. Нижняя часть стволов (зумпф) располагается ниже горизонтаоколоствольного двора. Глубина стволов составит:
(1.1)
Исходяиз общего количества воздуха направляемого через ствол в шахту, и скорости егодвижения по стволу, можно определить площадь сечения ствола по факторупроветривания
(1.2)
3/с;
Принимаемклетевой ствол диаметром –6,0м, сечением Sсв= 28,3м2.
Наклонный ствол пройден споверхности до первого горизонта по пласту 11, угол наклона 17°. Ствол оборудован одноконцевымподъемом для спуска длинномерных лесоматериалов, труб, рельс и т.д. В стволепроложен рельсовый путь из рельсов Р33, ширина колеи – 900 мм. Служит дляподачи свежего воздуха.
Пласты11 и 10 первого горизонта вскрыты с пласта 9 групповыми квершлагами,пройденными через 1100-1780м. Откаточный служит для электровозной откатки иподачи свежего воздуха; конвейерный – для подачи горной массы с уклонных полей;вентиляционный – для выпуска исходящей струи воздуха.
Околоствольныйдвор расположен на первом горизонте –70м и имеет круговую схему откатки. Угольи порода, разгруженные из вагонеток в опрокидывателях, поступают по наклоннымбункерам в загрузочные устройства скипового ствола, где и загружаются в скипы.
Заканчиваютсяработы по проходке конвейерного ствола, который позволит ликвидировать угольныйскиповой подъем и обеспечить резервную мощность шахты по выдаче угля. Стволбудет оборудован конвейером 2Л-120 и способен обеспечить выдачу до 4200 тыс.Тонн горной массы в год.
Внастоящее время бремсберговые запасы пластов 10 и 11 отработаны. Отработанызапасы на восточном крыле, поэтому шахта«Интинская» является однокрылой. Горные работы ведутся в уклонных поляхзападного крыла шахты по пластам 11, 10 и 8. Разрабатываются уклонные поля западного крылаII и IIIблоков, ведутся работы по нарезке IVблока.
Отработкапластов будет осуществляется с применением системы разработки длинными столбамипо простиранию. Система рекомендована как наиболее прогрессивная “Временныминормами технологического проектирования угольных и сланцевых шахт” – ВНТП 1-92,а также “Технологическими схемами разработки пластов на угольных шахтах”, 1991г.
Исходя изгорно-геологических условий и опыта отработки лав управление кровлейпринимается полным обрушением, охрана выемочных пластовых выработокбесцеликовым способом, охрана промштеков с поддержанием их позади лавы дляповторного использования с помощью искусственных ограждений (установкадеревянной органной крепи). Целики попластам будут оставлены только для охраны промплощадки шахты и уклонов.
Механизация очистных работ:
-
-
Подготовительныеработы проводятся как с использованием проходческого комбайнов, так и сприменением буровзрывных работ. Проведение пластовых горных выработокосуществляется проходческими комбайнами типа 4ПП-2М и ГПКС-03, проведениепечей, просеков, заездов, камер и других выработок по породе с помощьюбуровзрывных работ. Для погрузки породы при проведении горизонтальных выработокприменяются погрузочные машины типа 1ПНБ-2 с комплексом навесного оборудования.В качестве основного транспорта горной массы при проведении горных выработокприменяются скребковые конвейера СР-70, СП-202; ленточные конвейера 1ЛТ-80,2ЛТ-80, в качестве вспомогательного транспорта используются канатныенапочвенные дороги типа ДНКЛ.
Проветриваниеподготовительных забоев осуществляется вентиляторами местного проветриваниятипа СВМ-6М, ВМЦ-8.
Основныеподготовительные горные выработки крепятся металлической трехзвенной илипятизвенной арочной крепью из взаимозаменяемого профиля.
Подземныйтранспорт предназначен для перевозок: горной массы от очистных иподготовительных забоев до угольного и породного скипового ствола;крепежных, закладочных и других материалов, а такжеоборудования;людей.Основной вид транспорта на шахте –конвейерный.
Вочистных забоях горная масса грузится комбайнами на лавный конвейер, насопряжении лавы с подготовительной выработкой горная масса перегружается напередвижной конвейер СП-202 и затем на ленточные телескопические конвейера типа1ЛТ-80, 2ЛТ-80. Для транспортировки горной массы по уклонам применяютсяленточные конвейера типа 1Л-80, 1Л-100У, 2Л-100У, 1ЛУ-120. Горная масса сконвейерных уклонов грузится в аккумулирующие бункера-гезенки, с групповогооткаточного штрека откатка угля до околоствольного двора осуществляетсяконтактными электровозами К14 в вагонетках УВГ-3.3, емкостью 3.3 т. Затемгорная масса перегружается в скипы угольного скипового подъема и выдается наповерхность. Доставка материалов и оборудования до приемных площадок уклоновосуществляется контактными электровозами К14 в вагонетках УВГ-3.3 Длятранспортировки по наклонным выработкам используют подъемные лебедки Л-25 инапочвенные дороги ДКНЛ-1.
Переработка и обогащение горной массы, добываемой вшахте, производится в цехе №1 ГОФ«Интинская».
2. Расчет толщины монолитнойкрепи вертикального клетевого ствола
Вкачестве основных расчетных данных для определения устойчивости пород, величиних смещений, нагрузок на крепь и параметров крепи выработки должны приниматься:
- расчетная глубина размещения выработки-;
- расчетные значения физико-механических свойств горныхпород;
- нормативные и расчетные характеристики материаловкрепи и заполнения закрепного пространства.2.1 Характеристика стволаФорму ствола выбираем наосновании возможности максимальной механизации работ проходческого цикла, назначения ствола, крепи и срока службы. Наосновании вышеперечисленных требований наиболее рациональной формой стволаявляется круглая. Круглая форма ствола имеетменьшее аэродинамическое сопротивление, что в дальнейшем неосложнит сооружение главных вентиляционных установок для проветривания.
Выбор сечения ствола в первую очередь зависит отпроизводственной мощности шахты,габаритовподъемных сосудов и другого оборудования,размещенного в стволе,количества подаваемого в шахту воздуха для проветриваниявыработок. Величины зазоров в стволе регламентируются «Правилами безопасности вугольных шахтах». Монолитная бетонная крепь – наиболее распространенный видкрепи вертикальных выработок. Доля ее применения при строительстве стволовугольных шахт составляет около 95%. Она применима в породах I-IYкатегорииустойчивости. Стволы при бетонной крепи имеют круглую форму поперечногосечения. Толщина крепи 200-600мм, диаметрствола в свету 4,5-8,0м. На шахте «Интинская» пройдены скиповой ствол диаметромв свету 5,5м и клетевой диаметром в свету 6,0м.
Согласно анализу геологической, гидрогеологической игорнотехнической обстановки, проектируемый шахтный ствол не испытываетвоздействия очистных работ. Согласно п.3.2 [2] ствол считается расположенным вне зоны вредного воздействияработ и расчеты ожидаемых деформаций не производятся.
Проектомпринимается совмещенная схема проходки ствола. Для проходки применяем комплекспроходческого оборудования КС-2у с погрузочной машиной КС-2у/40,вместимость грейфера 0,65м3, вместимостьбадьи 4м3. Бурильная установка БУКС-1.
Дляпроветривания ствола принимается вентилятор типа ВМ-6м. Подача сжатого воздухапроизводится компрессорами типа К-100-63-1. Откачка воды в бадьи производитсяпри помощи насоса Н-1м.2.2 Расчет критерия устойчивости пород2.2.1Расчетное сопротивление пород сжатию
Расчетноесопротивление пород (массива) сжатию следует определять поформуле
(2.1)
/cм2);
коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенностьмассива пород поверхностями без сцепления, 0,6.2.2.2 Расчет критерияустойчивости пород по участкам ствола
Выбортипа и расчет параметров крепи вертикального шахтного ствола следуетпроизводить дифференцированно для устья, протяженной части, участков сопряженийв зависимости от инженерно-геологических, гидрогеологических условий, вредныхвоздействий, а также с учетом схем организации и методов производства работ.
Выбортипа и расчет параметров крепи для протяженной части ствола,а также участков сопряжения следует производить наосновании определения категорий устойчивости пород вертикальных выработок.Толщина монолитной бетонной крепи определяется из условия состоянияустойчивости горных пород в районе заложения ствола.
Коренныепороды представлены аргиллитами,алевролитами и песчаниками с коэффициентом крепости пород по шкалеПротодьяконова f=3,5-5,8.
Величинакритерия устойчивости пород вертикальной выработки следует определять поформуле:
(2.2)
коэффициент,учитывающий взвешивающее действие воды,для участков вне водоносных горизонтов,1,0;для породводоносного горизонта определяется поформуле
(2.3)
высота толщи пород от почвы водоупора до земной поверхности,м;
;
соответственно, удельный вес частиц пород водоносногогоризонта и удельный вес воды, кН/м3(тс/м3);
коэффициент пористости пород водоносного горизонта,принимаемый как отношение объема пор кобъему скелета, определяемый по данным гидрогеологических изысканий;
высота толщи пород от рассматриваемого сечения до земнойповерхности, м;
/м2), при
: для протяженных участков ствола равен 1,0, для сопряжений- 1,5;
,для участков, не испытывающих воздействий, 1,0;
,дляшахтных стволов 1,0;
a,град;
,м;
, Мпа.
2.3 Давление на крепь ствола
2.3.1Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород устья ствола
Расчеткрепи устьев ствола следует производить на действие вертикальных игоризонтальных давлений (нагрузок).
Вертикальные нагрузки.
Вертикальныенагрузки следует определять как сумму давлений от собственного веса крепи, весаоборудования и сооружений, опирающихся на крепь.
Расчетнуювертикальную нагрузку
(2.4)
;
;
Прирасчете крепи устьев стволов на вертикальную нагрузку рекомендуетсяпользоваться методикой, изложенной в работе Е.П. Калмыкова «Сооружение устьеввертикальных стволов». М., Госгортехиздат, 1960, с. 35-80.
Расчетное горизонтальное(радиальное) давление пород.
Горизонтальнаянагрузка действующая на крепьустья, складывается из нагрузок от пород, пригрузки от поверхностныхфундаментов, зданий и сооружений и в обводненноммассиве, гидростатического давления
Расчетноегоризонтальное (радиальное) давление пород /м2),на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых породах наносов
(2.5)
;
;
;
град;
(2.6)
;
/м2);
/м3 (тс/м3)
(2.8)
/м3;
/с22.3.2 Расчетноегоризонтальное (радиальное) давление пород протяженной части ствола
Расчетноегоризонтальное (радиальное) давление пород /м2),на крепь протяженной части вертикальной выработки при отсутствии влияниягоризонтальных деформаций от воздействия очистных работ следует определять поформуле
(2.9)
;
;
коэффициент условий работы, 0,8;
;
м2)
(2.10)
;
Прирасчете горизонтального давления обводненных пород вместо коэффициента
(2.11)2.3.3.Расчет горизонтального давления пород на крепь ствола в зоне сопряжения
Расчетное горизонтальное давление пород на крепь вертикальнойвыработки в районе сопряжения на протяжении 20м вверх и 20м вниз от сопряженияследует определять по формуле
(2.12)
;
;
коэффициент условий работы, 0,8;
при (2.13)
при (2.14)
;
м2)
(2.15)
(2.16)
в районе сопряжения;
2.3.4. Давление подземныхвод
Давлениеподземных вод /м2),на крепь выработки в коренных породах без их тампонажа следует определятьпоформуле
(2.17)
;
;
/сут;
коэффициент фильтрации породы, м/сут;
;
2/сут;
;
удельный вес воды, кН/м3 (тс/м3).
Припроектировании горных выработок сумма остаточных водопритоков с водоносныхгоризонтов не должна превышать допустимого водопритока в ствол, установленногопо правилам производства и приемки работ подземных горных выработок.
Остаточныйводоприток в ствол 3/сут, врезультате фильтрации воды через крепь следует определять по формуле <