Определение размеров поперечного сечения выработки в свету. Обоснование способа проходки выработок, оборудования, формы и размеров поперечного сечения выработок в свету Площадь поперечного сечения в проходке

Размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок в свету зависят от её назначения и определяются, исходя из габаритов подвижного состава и располагаемого в выработке оборудования, обеспечение пропуска требуемого количества воздуха, зазоров между выступающими частями подвижного состава и крепью, предусмотренные Правилами безопасности и способа передвижения людей.

В нашем случае мы проектируем горизонтальную выработку прямоугольно-сводчатой формы с анкерной крепью по кровле.

Прямоугольно-сводчатые сечения используются при проходке выработок без крепи или с возведением облегчённых конструкций крепи. Высота свода в сечениях от 2 до 6,8 м 2 составляет?. ширины выработки.

Площадь поперечного сечения в свету - это площадь по внутреннему контуру установленной в выработке крепи

Расчет сечения выработки

Ширина рассечки

b=b c +2c= 0,95+2 0,3=1,55м

где b c - ширина скрепера, м;

с- зазор между скрепером и боком выработки, м.

В выработке рассматриваемого типа хождение людей допускается только при неработающей скреперной установке. Таким образом, высота выработки в свету принимается минимальной, т.е. 1,8 м.

Высота свода

Высота рассечки по боку (до пяты свода):

1,8 - минимальная высота выработки по ПБ

По рассчитанной площади сечения в свету принимается ближайшее большее из стандартных сечений из табл. 2 (Учебное пособие «Проведение горизонтальных разведочных выработок и камер» Авторы В.И Несмотряев, В.А. Косьянов Москва 2001 г).

Принимается типовое сечение выработки ПС - 2,7

Основные размеры сечения выработки в свету:

Ширина выработки, мм - b = 1550 мм

Высота выработки до пяты свода, мм - h б = 1320 мм

Высота выработки, мм - h = 1850 мм

Радиус осевой дуги свода, мм - R = 1070 мм

Радиус боковой дуги свода, мм - r = 410 мм

Площадь сечения выработки в свету, м 2 - S св = 2,7 м 2 .

Для выработок с анкерной крепью в кровле:

где - высота выработки по боку с учетом выхода анкеров по кровле в выработку на величину д=0,05м.

Расчет прочных размеров крепи, составление паспорта крепления

Вследствие малого сечения выработки, незначительного срока службы, горно-геологических условий и имеющихся материалов применяем металлическую распорную анкерную крепь АР-1

Все расчеты прочности закрепления в шпуре анкерной крепи произведены по формулам из справочника «Теория и практика применения анкерной крепи» Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981 г.

ц - угол трения пород, 30град

D - диаметр распорной муфты, 32см

h - высота распорной муфты, 30см

у сж - предел прочности породы на сжатие

б - половина угла симметричного клина, 2град

р 1 - угол трения стали по стали,0,2град

Необходимая длина анкер L а в кровле и высота возможного вывала пород выработки находится из выражений:

L а = b+ L 2 + L 3 =0,04+0,35+0,05=0,44м;

где L 2 - величина заглубления анкеров за контур возможного вывала пород (принимается равной 0,35 м); L 3 - длина анкера, выступающего за контур выработки, L к = 0,05 м; а n = полупролет выработки в проходке, м; h - высота выработки в проходке, м.

Коэффициент, характеризующий устойчивость боков выработки;

Коэффициент, характеризующий наклон призмы сползания в боках выработки (принимается по Таблице 12.1. Теория и практика применения анкерной крепи. Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981 г);

ц б - угол внутреннего трения (сопротивления) пород в боках выработки; К к - коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в кровле выработки (принимается по Таблице 13.1);

f к - коэффициент крепости пород в кровле выработок;

К сж - коэффициент концентрации сжимающих напряжений на контуре выработки, значение которого принимается по табл. 12.2;

г - средний удельный вес толщ пород, залегающих над выработкой до поверхности, МН/м 3 ; Н - глубина выработки от поверхности, м;

К б - коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в боках выработки, значение которого принимается по Таблице 12.1;

f б - коэффициент крепости пород по М.М. Протодъяконову в боках выработки.

Принимаем длину анкера в кровле L к = 0,5м.

В связи с тем, что ш0, анкерование боков выработки не производится.

Площадь кровли, поддерживаемая одним анкером,

где F к - площадь кровли, поддерживаемая одним анкером, м 2 ;

Р к - прочность закрепления анкера в шпуре, пробуренном в кровле;

Коэффициент запаса, учитывающий неравномерность распределения загрузки на анкер и возможность пригрузки со стороны вышележащих слоев, принимается равным 4,5;

б - угол наклона выработки, градус 0 0

Расстояние между анкером в ряду:

где L n - шаг установки анкеров по ширине выработки, м;

L у - расстояние между рядами анкеров, м, принимается 1,4 м

Число анкеров в ряду

где L b =1,33b=1,331,55=2,06м - часть периметра выработки, которая подлежит анкерованию по кровле, м. Где b - ширина выработки вчерне.

Принимается 2 анкера в ряду.

Составление паспорта крепления.

Ширина рассечки в свету:

B = В + 2m = 950 + 3002 = 1550мм.

Высота свода рассечки

h о = b/3 = 1550/3 = 520мм.

Высота рассечки вчерне

h 2 = h + h o + t = 1320 + 520 + 50 = 1890мм.

Высота стенки рассечки вчерне

h 3 = h + t = 1320 + 50 = 1370мм.

Радиус осевой дуги свода рассечки

R =0,692b = 0,6921550?1070мм.

Радиус боковой дуги свода рассечки

r = 0,692b = 0,6921550?410мм.

Площадь поперечного сечения рассечки в свету:

S св = b(h + 0,26b) = 1,55(1,32 + 0,261,55)?2,7м 2

Периметр поперечного сечения рассечки в свету:

Р = 2h + 1,33b = 21,32 + 1,331,55=4,7м.

Площадь поперечного сечения рассечки вчерне:

S вч = b (h 3 + 0,26b) = 1,55 (1,37 + 0,261,55)=2,75м 2 .

Периметр поперечного сечения рассечки вчерне:

P = 2h + 1,33b = 21,37 + 1,331,55 = 4,8м

Расстояние между анкерами в ряду: b 1 = 1200мм.

Расстояние между рядами анкеров: L = 1,4 м

Глубина шпуров для анкеров: l = 500мм.

Диаметр шпуров под анкеры: = 43мм.

Максимальное отставание анкерной крепи от груди забоя принимается 3 м.

Схема к расчету размеров поперечного сечения при использовании скреперного оборудования в выработке прямоугольно-сводчатой формы сечения.

Для горизонтальных горно-разведочных выработок установлены две формы поперечных сечений: трапециевидная (Т) и прямоугольносводчатая с коробовым сводом (ПС). На рис. 9-10 показаны типовые сечения горных выработок различной формы.

Различают площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету, в проходке и вчерне. Площадь в свету (S CB) - это площадь, заключенная между крепью выработки и ее почвой, за вычетом площади сечения, которая занята насыпанным на почве выработки балластным слоем (при его наличии).

Площадь в проходке (5 пр) - площадь выработки, какой она получается в процессе проведения до возведения крепи, настилки рельсового пути, устройства балластного слоя и прокладки инженерных коммуникаций (кабелей, воздухо-, водопроводов и пр.). Площадь вчерне (S BH) - площадь выработки, которая получается при расчете (проектная площадь).

Допустимые превышения площади в проходке над проектной (вчерне) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Рис. 9.1. Типовое сечение выработок трапециевидной формы с деревянной крепью: а - скреперная доставка породы; б - конвейерная доставка породы; в -ручная откатка породы; г - локомотивная откатка породы; д - двухпутевая выработка с локомотивной откаткой породы

Рис. 10. Типовое сечение выработок с монолитной бетонной крепью с локомотивной откаткой породы: а - однопутевая; б - двухпутевая

Рис. 9.2. Типовое сечение выработок прямоугольно-сводчатой формы без крепления или с анкерным (набрызг-бетонным) креплением: а - скреперная доставка породы; б - конвейерная доставка породы; в -ручная откатка породы; г - локомотивная откатка породы; д - двухпутевая выработка с локомотивной

откаткой породы

Таким образом, площадь сечения выработки в проходке

или, с другой стороны,

Так как S B4 = S CB + S Kр, то расчет площади сечения выработки начинают с расчета в свету, где S Kp - сечение выработки, занимаемое крепью; К п - коэффициент перебора сечения (коэффициент излишка сечения - КИС).

Размеры площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету определяют исходя из условий размещения транспортного оборудования и других устройств с учетом необходимых зазоров, регламентированных Правилами безопасности.

При этом необходимо рассмотреть следующие возможные случаи проведения выработок и расчета сечения:

• 1. Выработка проходится с креплением, и погрузочная машина работает в закрепленной выработке. В этом случае расчет ведут по наибольшим габаритам подвижного состава или погрузочной машины.
• 2. Выработка проходится с креплением, но крепь отстает от забоя более чем на 3 м. В данном случае погрузочная машина работает в незакрепленной части выработки.

При расчете размеров площади сечения по наибольшим габаритам подвижного состава необходимо сделать поверочный расчет (рис. 11):

Расшифровка данных приведена ниже (табл. 5).

3. Выработка проходится без крепления. Тогда размеры сечения рассчитываются по наибольшим габаритам проходческого оборудования или подвижного состава.

Основные размеры подземных транспортных средств стандартизированы с целью типизации сечений выработок, конструкции крепи и проходческого оборудования.

Для выработок трапециевидной формы разработаны типовые сечения с применением сплошной крепи, крепи вразбежку, с затяжкой только кровли и с затяжкой кровли и боков.

Типовые сечения выработок прямоугольно-сводчатой формы предусмотрены без крепи, с анкерной, набрызг-бетонной и комбинированной крепями.

Основные размеры типовых сечений выработок типа Т и ПС даны в табл. 3 и 4.

Таблица 3

Основные размеры сечений выработок трапециевидной формы (Т)

Таблица 4

Основные размеры сечений выработок прямоугольно-сводчатой

формы (ПС)

Рис. 11. Схемы условий работы погрузочной машины в забое: а - в незакрепленном призабойном пространстве; б - в закрепленном призабойном пространстве

Расчетные формулы для определения размеров сечений выработок типов Т и ПС приведены в табл. 5, 6.

Таблица 5

Выработки трапециевидной формы

Таблица 6

Выработки прямоугольно-сводчатой формы

Все горизонтальные выработки, по которым производится транспортирование грузов, должны иметь на прямолинейных участках зазоры между крепью или размещенным в выработке оборудованием, трубопроводами и наиболее выступающей кромкой габарита подвижного состава не менее 0,7 м {п > 0,7) (свободный проход для людей), а с другой стороны - не менее 0,25 м (т > 0,25) при деревянной, металлической и рамных конструкциях железобетонной и бетонной крепи и 0,2 м - при монолитной бетонной, каменной и железобетонной крепи.

Ширина свободного прохода должна быть выдержана на высоте выработки не менее 1,8 м (h = 1,8).

В выработках с конвейерной доставкой ширина свободного прохода должна быть не менее 0,7 м; с другой стороны - 0,4 м.

Расстояние от верхней плоскости ленты конвейера до верхняка или кровли выработки - не менее 0,5 м, а у натяжных и приводных головок - не менее 0,6 м.

Зазор с между встречными электровозами (вагонетками) по наиболее выступающей кромке - не менее 0,2 м (с > 0,2 м).

В местах сцепки-расцепки вагонеток расстояние от крепи или размещаемого в выработках оборудования и трубопроводов до наиболее выступающей кромки габарита подвижного состава должно быть не менее 0,7 м с обеих сторон выработки.

При откатке контактными электровозами высота подвески контактного провода должна быть не менее 1,8 м от головки рельса. На посадочных и погрузочно-разгрузочных площадках, в местах пересечения выработок с выработками, где имеется контактный провод и по которым передвигаются люди, - не менее 2 м.

В околоствольном дворе - в местах передвижения людей до места посадки - высота подвески не менее 2,2 м, в остальных околоствольных выработках - не менее 2 м от головки рельсов.

В околоствольных дворах, на основных откаточных выработках, в наклонных стволах и уклонах при применении вагонеток емкостью до 2,2 м 3 должны применяться рельсы типа Р-24.

Шахтные рельсовые пути при локомотивной откатке, за исключением выработок с пучащей почвой и со сроком службы менее 2 лет, должны быть уложены на щебеночном или гравийном балласте из крепких пород с толщиной слоя под шпалами не менее 90 мм.

3.2. ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТОК

Сечением выработки называют изображение на чертеже в определенном масштабе контура выработки, крепи, оборудования, путей, труб, полученное в пересечении выработки плоскостью. Если в качестве секущей принимают вертикальную плоскость, расположенную по продольной оси выработки, то сечение называют продольным, если перпендикулярно продольной оси - поперечным.

Различают поперечное сечение выработки в проходке - после выемки породы до установки крепи по контуру вмещающих пород, вчерне - по наружному контуру крепи и почве выработки, в свету - после крепления и настилки рельсового пути по внутреннему контуру крепи и верху балластного слоя, а при его отсутствии - по почве.

Форма поперечного сечения выработки зависит от свойств горных пород, величины и характера проявления горного давления, конструкции крепи, назначения, срока службы и способа проведения выработки.

Проведение выработок без крепления осуществляют обычно в скальных породах, крепких песчаниках и известняках. При этом широко применяют сводчатую форму поперечного сечения выработки. В весьма устойчивых породах применяют прямоугольную форму. В угольных шахтах обычно крепят все выработки. Формы поперечного сечения выработок приведены на рис. 3.1 (R - радиус цилиндра, г, r1 r 2, г3 - радиусы закруглений по контуру выработки, пунктир - контур обратного свода).

Прямоугольную, трапециевидную и полигональную формы используют преимущественно в горизонтальных выработках с деревянной, металлической и сборной железобетонной крепями. Сводчатую форму поперечного сечения принимают в выработках с арочной металлической или сборной железобетонной крепями, Сводчатую и подковообразную форму поперечного сечения применяют при проведении выработок в неустойчивых породах. В случае значительного всестороннего давле-

Таблица 3.2

1 м, а также выработки, оборудованные монорельсовым транспортом. С противоположной стороны от прохода оставляют зазоры между транспортным оборудованием и крепью не менее 0,2 м в выработках с рельсовым транспортом и не менее 0,4 м в выработках с конвейерным транспортом. Таковы же зазоры между габаритами транспортных средств.

В наклонных выработках, оборудованных канатно-кресельными дорогами и конвейером, зазор между осью каната и конвейером должен быть не менее 1 м, а при использовании одной канатно-кресельной дороги зазор между крепью или выступающей частью оборудования и осью каната - не менее 0,6 м.

В двухпутных выработках околоствольных дворов или местах маневровых и погрузочно-разгрузочных работ, у стационарных погрузочных пунктов производительностью 100 т/сут и более, а также в однопутных околоствольных выработках клетевого ствола проходы для людей должны быть по 0,7 м с обеих сторон.

Минимальные значения площади поперечного сечения и высоты выработок различного назначения приведены в табл. 3.2.

Для введенных в эксплуатацию до 1986 г. выработок допускаются следующие минимальные площади поперечного сечения в свету: для главных откаточных и вентиляционных выработок, закрепленных деревянной, сборной железобетонной и металлической крепью, - 4,5 м2, для тех же выработок, закрепленных каменной, монолитной, железобетонной и гладкостенной сборной железобетонной крепью, - 4 м2 при высоте не менее 1,9 м от почвы (головки рельсов) до крепи или размещенного в выработке оборудования; для участковых вентиляционных, промежуточных и конвейерных штреков, людских ходков, участковых бремсбергов, уклонов -3,7 м2 при высоте не менее 1,8 м.

В горной промышленности применяют типовые сечения выработок. Выбор типового сечения основан на определении ширины выработки В (мм) на уровне верхней кромки подвижного транспортного состава:

B = m + k p a + (k p-1)р + n ,

Где т - зазор между крепью и подвижным составом, мм; kp - число рельсовых путей, принимают один или два; а - ширина подвижного состава, мм; р - зазор между контурами составов, мм; n - ширина свободного прохода для людей, мм.

Вертикальные стволы с круглой формой поперечного сечения имеют в свету диаметры от 5 до 8,5 м с интервалами 0,5 м. Диаметр стволов зависит от их назначения, производственной мощности шахты, габаритов подъемных сосудов и другого оборудования, размещенных в стволе. Величины зазоров в стволе регламентируются Правилами безопасности.

Выбранную площадь поперечного сечения выработки необходимо проверять на максимально допустимую скорость движения воздуха Ud (м/с):

Q/(60SCB ) < Ud ,

Где Q - расход воздуха по выработке, м3/мин; SCB - площадь поперечного сечения выработки в свету, м2.

Максимально допустимая скорость воздуха в горных выработках регламентируется Правилами безопасности. Она не должна превышать в стволах, предназначенных для спуска и подъема только грузов, 12 м/с, в стволах для спуска и подъема людей и грузов, квершлагах, главных откаточных и вентиляционных штреках, капитальных и панельных бремсбергах и уклонах 8 м/с, в прочих горных выработках, проведенных по углю и породе, 6 м/с, в призабойных пространствах очистных и тупиковых выработок 4 м/с. При превышении этих значений необходимо увеличивать площадь поперечного сечения выработок или уменьшать подачу воздуха по ним.