МИНИСТЕРСТВО угольной ПРОМЫШЛЕННОСТИ УССР

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

макеевский инженерно-строительны и институт

ОТРАСЛЕВАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ

Утверждаю Заместитель министра угольной промышленности УССР П. И. Маросин

12 ноября 1984 г.

РУКОВОДСТВО

ПО ПРИМЕНЕНИЮ КРЕПЕЙ. ИСПОЛЬЗУЮЩИХ НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ УПРОЧНЕННОГО МАССИВА

МАКЕЕВКА * 1984

министерство угольной промшленностн усср

ЮТ1ИСтеРСТВО ВЫСШЕГО И СЕВДЕГО СШЦАЛЬНОГО ОЕРАЗОНАНИЯ

МАКЕЕВСКИЙ ИНМЕНЕШХ-СТРОИПЛЬНЫЯ ИНСТИТУТ ОТРАСЛЕВАЯ ЛАВОРАТОГИЯ ПОДЭВвШХ СООРУЖЕНИЯ

РУКОВОДСТВО

ПО ПРИМЕНЕН») КРЕПЕЙ, ИСПОЛЬЗУЩИХ НЕСУЩУЮ СПХОЕНОСТЬ УПРОЧНЕННОГО МАССИВА

Мак*евк*1*19ВЦ

где параметр    находится в пределах 0,3*0,61

Н

-    выработки, пре води г ые в зоне геологических нарушений!

-    эксплуатирую- .:еся выработки, крепь которых деформируется из-за нопрокрацаящихся сдвижений горного массива.

2.3.    Область действия "Руководства..." распространяется на

р

аротяжс-чные выработки, узлы сопряжений и камеры, сечением до 40 ы .

2.4.    Вс в.их случаях область применения "Руководства..." ограничивается условиями выполнения "Правил безопасности в угольных и сланцевых вахтах" и технологических требований по ведении горноподготовительных работ.

2.5.    В случае принятия решений, отличных от регламентируемое настоящим "Руководством.они должны быть соответствующим обра-воы обоснованы и согласованы с МакЙСИ иди технологическими бассейновыми НИИ Мину гл* про t/a СССР.

£.6. Цри проектировании и сооружении горных выработок, В условиях, отличающихся от указанных в п.п. £.1-2.3, целесообразность Применения упрочнения пород и его параметры определяются конкрет-Маш рекомендациями компетентных организаций.

3. КОНСТРУКЦИИ КРЕПИ

3.1. Принципиальная схема кропи, испольву идей нисущую способность упрочненного массива, представляет собой комбинацию традиционных крепей иди их элементов, с оболочкой эаинъектированных (упрочненных) пород, выполняющих основную несущую функцию.

Поскольку для таких крепей важна не только конструктивная увявка отдегмшх элементов, но и технологическая последовательность их Возведения, следует говорить о конструктивно-технологических схемах крепления выработок.

3.2.    В регламентируемом п.2.2 диапазоне горно-ге&лог.шеокпх условий рекомендуются к применению пять конструктмвно-тсхнологичес-ких схем крепи выработок, отличающихся, в основном, рейс ином вопроса их поддержания до создания оболочки по упрочиеиных пород.

3.3.    Cxera I (рисЛ): анкера-инъекторы*набрыэг-ботсн ♦ оболочка эаинъектированных пород, предполагае следующую технологическую последовательность возведения конструктивных элементов. После обнажения очередной заходки в кровле выработки бурятся скважины из расчета один шпур на 1-2 к* поверхности, в которые устанавливаются аннера-инъекторы (рис.Ь), выполняющие одновременно функции анкерной крепи и инъектора для выполнения в последующем инъекционных работ.

С отставанием в 3-5 эаходок по периметру выработки наносится слой набрыэгбетсна толщиной до 6 см. Черев 20-40 суток после проведения выработки (конкретное время отставания тампонажных работ от проходческих рассчитывается в соответствии с указаниями л.4.3.2) производится нагнетание скрепляющего растворе в трещиноватые породы при-контурной воны через анкеры-инъекторы* Вели к моменту проведения инъекционных работ в набрыагбетонном покрытии появятся трещины, то необходимо произвести их вамоноличивание повторным набрызгом.

Схема П (рис.2): анкера-инъекторы с металлической сетксй ♦ на-брызгбетон ♦ оболочка эаинъектированных пород. После обнажения очередной заходки последняя крепится металлической сеткой, подвешиваемой не анкер&х-иньекторах. В зависимости от горногеологических условий и технологической увявки оборудования набрызгбетонное покрытие может наноситься на различном удалении от аабоя. Процесс совда-ния оболочки ив ааинъектироВанных пород остается таким же, как и в Первой схеме.

Необходимом условием применения схем 1 и П является обеспечение качественного оКснтуриВвния Выработки, которое может быть достигнуто при буровзрывном способе проходки с помощью контурного вэ-

рымния.

Не рекомендуется применять вышеуказанные схемы в аонах геологических нарушений, при наличии в кровле легкообруиишцихся пород.

Схеме Ш (рис.J): арочная податливая крепь с «/бетонной затяжкой ♦ изоляционный слой набрызг-бетсна ♦ породобетонная оболочка, получаема/! за счет тампонами закрепного пространства.

Схема 1У (рис.4): арочная податливая крепь с «/бетонной затяжкой ♦ изоляционный слой набрыэгбетона ♦ породобетонная оболочка, получаемая ва счет тампонажа закрепного пространства и инъекционного упрочнения трещиноватых пород приконтурной зоны.

111 и 1У-я ехзкы применяется вместо металлобетонных крепей в выработках околоствольных дворов строящихся и реконструируемых шахт, а также для крепления других основных выработок, сооружаемых в неустойчивых породах или зонах геологических нарушений. После проведения выработка крепится арочной податливой крепью с ж/бетонной затяжкой, а затем с расчетным отставанием производится тампонаж эа-крепного пространства (схема Щ) или тампонаж закрепного пространства с последующим инъекционным упрочнением пород (схема ХУ). Перед выполнением инъекционных работ производится изоляция крепи набрыз-гом бетона.

Схема У (рис.б): металлическая арочная крепь с сетчатой затяжкой + набрызгбетон ♦ инъекционное упрочнение пород* рекомендуется для выработок, проводимых с минимальными неровностями породного контура (комбайновая проходка, контурное взрывание, при расширении Выработок на отбойный молоток). При проведении выработка крепится арочной податливой крепью с затяжкой ив рулонной сетки или сетчатых чатов. Затем, с отставанием от проходческого забоя, зависящим от ожидаемых смещений породного контура И Возможности размещения технологического оборудования, по сетке наносится слой набрыэгбетона выполняющий ограждающие и изолирующие функции. Через расчетное время

Рис.4 Мс»*ггру1т1в«>-»вхмояпгичесиая схем 17

- Id -

производится инъекционное упрочнение пород, для чего по периметру в работки бурятся инъекционные скважины и оборудуются кондукторами. В случае появления трещин в набрыэгбетоннок покрытии выполняется повторный набрызг.

3.4.    Толщина набрыэгбетонногп покрытия, используемого в качестве ограждающего элемента, - 3-5 см. При нанесении набрызгбетона по сетке толщ*-на защитного слоя бетона должна быть не менее 3 см.

При использовании набрыэгбетонного покрытия в качестве изолирующего элемента его толщина не превыдает 2 см.

3.5.    Воэ1..ожнал конструкция анкеров-иньскторсв для реализации 1-й и П-й конструктивно-технологических схем показаны на рис.б. Замок анкера должен обеспечивать усилие натяжения не менее 40 кН.

3.6.    Металлическая сетка в схемах П и У применяется рулонная или в виде >.атов с размером ячейки не менее ЬОхЬО мм.

3.7.    Для обеспечения более плотного прилегания сетки к контуру вьфаботки и повь&ления надежности анкерной крепи рекомендуется применять опорные плитки с распределительной аркатурой {рис.7).

4» ПРОЕКГИЮВШЕ НРИЕЙ

4.1. Общие положения

4.I.I. Проектирование крепи горных выработок состоит из следующих основных этапов:

-    оценка горно-геолоГичесКих условий сооружения выработки и Выбор типа Крепи;

-    расчет параметров взаимодействия крепи с горным массивом (геомеханических параметров упрочненной оболочки, требуемой податливости и несущей способности временной крепк);

АННОТАЦИЯ

Настоящее "Руководство" содержит основные положения по выбору конструкции, расчету параметров и применению крепей, использующих несущую способность ааикьектированного массива.

"Руководство" предназначено проектировщикам и производственникам, занимающимся вопросами сооружения горных выработок в условиях Донбасса.

а)    спорная плитка с распределит»:льнчр арматурой;

б)    гибкий подхват.

1.    Лрь*турная сталь периодического профиля 4 10 ММ.

2.    Металлическая пластина Яи0х20их1и.

3.    Соединительная планка

Наименование величин, размерность    I    Обозначения

...............i    I...... ,    _    ШИ    "

Глубина заложения выработки, к

Предел прочности пород на одноосное сжатие, МПа    Р

Коэффициент крепости пород по шкале профессора М.М.Прютодьякснова    j

Объемный вес пород, 0,025 МН/м^э    У

Время начала инъекционных работ

Груэонесущая способность временной крепи, кЛя,

КЛа    <\ъ*

Податливость временной крепи, мм    U»*»

Ширина выработки вчерне, ы    б

Высота выработки вчерне, м    h

Толщина упрочненной оболочки, м    В?

Безразмерный раяиус зоны разрушенных л-.'род    Пр

Продел прочности ват актированных пород на

одноосное сжатие, МПа    Ру

Пункция снижения прочности пород во времени

Объем песка, м^э    у_п

Объем цемента, м^э    У₄

Объем щебня, м^э

Необходимое количество    цемента (расход),    кг    О*

Необходимое количество    песка (расход), кг    О"

Необходимое количество    воды (расход), кг    О»

Число частей цемента по весу    Ц

Число частей песка по весу    П

Число частей воды по весу    В

_I

Плотность цемента, кг/м^э Плотность песка, кг/м³ Плотность воды, кг/м^э

ВВЕДЕН ИЕ

Предусматриваемый планом развития народного хозяйства ССОР рост добычи угля требует больших объемов проведения горных выработок при строительстве, реконструкции и эк- плуатации угольных шахт. При этом с каждым годом систематически увеличивается глубина разработки, в связи с чем повшается горнее давление и значительно затрудняется поддержание горных выработок.

В настоящее время основным* способом обеспечения уч тойчивооти подземных сооружений является их крепление. Однако, применяемые на практике крепи, не могут существенным образом повлиять ita напряжение -деформированное состояние массива, являясь лишь подпорно-ог-раждающим.и конструкциями, предотвращающими обрушение пород.

Опыт строительства глубоких шахт в Донбассе показывает, что даже мощные металлобетонные крепи не обеспечивают безремонтного поддержания выработок и их зачастую приходится перекреплять еще до сдачи шахты в эксплуатацию.

Одним из эффективных путей решения проблемы безремонтного поддержания подземных магистралей в «ложных горно-геологических условиях является повышение устойчивости породных обнажений упрочнением вмещающего горного массива с помощью инъекции в него скрепляющих растворов.

Руководство составлено на основании комплекса научно-исследовательских работ, выполненных в течение I976-19Ъ4 г.г. в отраслевой лаборатории подземных сооружений М.:иугл<.прома УССР при Макеевском инженерно-строительном институте в рамках головной темы № 1504 тем-плана *У76-19Ь0 г.г. и темы If Ы-Ib "Разработать и внедрить конструкции крепи, работающие о использованием несущей способности упрочненного массива" темллана 19Ь1-19Ь5 г.г. Минуглепрома УССР.

При составлении "Руководства" и пользованы результаты апроба-

ции "Указаний по упрочнению пород с целью повипения устойчивости горных выработок", Макеевка, 1778, а также некоторые разработки институтов: ВНИЖШС, КуэНЮкпахтострой, ИГД им.Скочинского в области технологии набрыэгбетонных и тампонажных работ.

В разработке "Руководства..." приникали участие докт.техн.наук, профессор Заславский D.3.» канд.техн.наук, доцент Друкко Е.Б., канд. техн.наук Качан И.В., инженеры Ковшов В.В., Чересло И.Я.. Шато-хин М.А., Шарабарин А.Г., Пирогов В.П., Ппртмая И.А.

I. основные полоши шшздюнншч)

УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД

1.x. Инъекционное упрочнение пород - это комплекс работ по нагнетание в трещиноватые и разрушенные породы скрепляющих растворов (цементных, хиыичееких и др.) для связывания в монолит отдельных кусков и блоков виещаюцего выработку горного пассива. Б настоящем "Руководстве..." рассматриваются вопросы инъекциоиного упрочнении пород, выполняемого с целью повышения устойчивости вновь проводимых и эксплуатирующихся горных выработок.

1.2.    Б эависишети от степени вовлечения в работу породного массива и технологии производства работ различают два этапа инъекционного упрочнения пород. 2-й этап - "тампонаж з&крепного пространства" производится под давлением 0,2*0,3 Ш1& с целью заполнения пустот закрепного пространства. При этом, происходит проникновение раевтора в крупные трещины на глубину 0,8*0,8 ч и смоноличивание приконтурного массива. Б результате выполнения работ первого этапа улучшаются условия нагружения первоначально возведенной крепи и кроме того в работу дополнительно вовлекаете», породобетонная оболочка толщиной 0,5*0,8 м.

Второй этап - "глубинное упрочнение" производится путем нагнетания скрепляющих растворов под давлением 0,7*1 МПа через инъекционные скважины на глубину 1,Ь-3,0 м от контура выработки. Б результате вокруг выработки образуется оболочка упрочненных пород, представляющая мощную конструкцию, способную воспринимать значительнее нагрузки со стороны д»нормирующего» я мао-ива, т.е. выполнять функ->1» и Несущей крепи.

1.3.    Инъекционное упрочнение пород, как способ повышения устойчивости вы]аботик, характеризуется геомеханическими и технологическими парапетами. К первы* относятся параметры, определяющие ус-

«овия равновесия система "крепь-оболочка упрочненных пород-массив"

в течение Bjero периода существования выработки, ко вторым - обеспечивающие процесс создания упрочненной оболочки с заданными геоме-таиическпми параметрами.

Основными гео*еханьческими параметрами являются:

-    глубина упрочнения пород;

-    требуемая степень упрочнения пород (отношение прочности эа-инъектированных пород к прочности, ненарушенного массива);

-    время отставания производства инъекционных работ от проходческих;

-    параметры временной крепи, поддерживающей выработку до спадания оболочки :'э упрочненных пород.

Технологическими параметрами являются:

-    радиус распространения раствора;

-    количество инъекционных скважин на метр выработки;

-    давление нагнетания;

-    время инъектпрования;

-    параметры инъектнруемого раствора.

1.4.    Для нахождения геомеханических параметров способа поддержания горных выработок инъекционным упрочнением пород применен комплексный аналитико-экспериментальный подход, в основе которого лежит получение анад: тических зависимостей, отражающих общий характер исследуемого процессе, и последующая корректировка и проверка их по данным шахтных инструментальных наблюдений. Апробация такого подхода к решению Подобных задач в Горной практике искавала его эффективность и надежность.

1.5.    Рекомендуете зависимости получены .для горизонталью» и наклонных выработок вахт Донбасса, ра положенных вне зоны активно-

* Н

го влияния очистных работ в условиях, где иараи-тр -=r-    0,0.    Од-

нано предлагаема методика расчета геомеханических параметров кре пи с использованием упрочнения пород может быть применена в любом другом бассейне. В этом случае вид полученных зависимостей остается таким же, а численные коэффициенты уравнений должны быть скорректированы по результатам новых инструментальных наблюдений. Есть основания полагать, что для пород среднего карбона эти коэффициенты в других районах не будут существенно отличаться от принятых в настоящей методике.

1.6.    Рассчитанные по "Руководству...¹' геомеханические параметры способа поддержания горных выработок инъекционным упрочнением пород справедливы для любых скрепляющих растворов, при условии Вов-можности нагнетания их в трещиноватые породы приконтурной зоны и обеспечения требуемой степени их упрочнения.

1.7.    Разделы "Руководства..касающиеся свойств ватампони-рованных пород, подбора состава и приготовления растворов, технологии работ по упрочнению, регламентируют применение только цементных и цементно-песчаных растворов» а также растворов на баве магнезиального вяжущего.

2. ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБА

2.1.    Настоящее "Руководство..." применяется при проектировании, сооружении и эксплуатации горизонтальных и наклонных (до 30°) горных выработок шахт Донбасса, расположенных вне воны активного влияния очистных работ на глубинах до 1600 м в Породах с диапазоном изменений прочности от 20 МПа (200 arc/cA до 100 МПа (1000 кгс/см^).

2.2.    Областью применения способа повышения устойчивости выработок упрочнением вмещающих пород являются!

- вновь провидимые выработки в горно-геологичегких условиях,