Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

28 страниц

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Рекомендации могут быть использованы для определения соответствия параметров принятой крепи горно-техническим условиям упрочненного массива. Методические рекомендации предназначены для инженерно-технических работников шахтостроительных и углестроительных организаций и проектных институтов

 Скачать PDF

Оглавление

1. Основные расчетные положения

2. Расчет крепи выработок круглого сечения

3. Расчет замкнутой монолитной крепи выработок произвольного сечения

4. Расчет монолитной крепи выработок круглого сечения и вертикальных стволов при эллиптическом очертании зоны упорядочения

Приложение 1. Расчет монолитной крепи вертикальных стволов круглого сечения при круговом очертании зоны упорядочения

Приложение 2. Расчет крепи выработки некругового сечения в упорядоченном массиве пород

Приложение 3. Расчет монолитной крепи выработок круглого сечения при эллиптическом очертании зоны управления

Литература

 
Дата введения01.01.2021
Добавлен в базу01.01.2018
Актуализация01.01.2021

Этот документ находится в:

Организации:

РазработанЦБНТИ Минуглепрома СССР
ИзданЦБНТИ Минуглепрома СССР1989 г.
УтвержденМинистерство угольной промышленности СССР
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28

Министерство угольной промышленности СССР Центральное бюро научно-технической информации

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УПРОЧНЕННОМ МАССИВЕ

Донецк - 1989

Рекомендация разработаны в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Минуглепро-ма СССР в рамках Целевой комплексной отраслевой программы - Ц150805. Рекомендации составлены в целях совершенствования главы СЦиП 'Подземные горные выработки".

Изложенные в рекомендациях методы расчета крепи горизонтальных выработок и вертикальных стволов, работающей в упрочненном массиве пород, базируются на принятом в современной механике подземных сооружений принципе взаимодействия крепи и массива [ \] . Разработаны методики расчета замкнутой крепи выработок круглого очертания с круговым и эллиптическим очертанием зоны упрочнения, методика расчета замкнутой крепи произвольного очертания и программы расчета для ЕС ЭВМ.

Рекомендации могут быть использованы для определения соответствия параметров принятой крепи горно-техническим условиям упрочненного массива.

При составлении ^рекомендаций использованы результаты научно-исследовательских работ ТулПИ, Пермского политехнического института, ВНИИОМШСа и ПО "Спецтампонажгеология".

Рекомендации разработаны докторами технических наук Н.С.Булычевым и Н.Н.Фотиевой при участии кандидата технических наук А.С.Саммаля, инженера Ю.И.Климова (разд.З, прил.2) и кандидата технических наук Н.И.Савнна (раза.4, прил.З).

Методические рекомендации предназначены для инженерно-технических работников шахтостроительных и углеотрои-тельных организаций и проектных институтов.

(С^ ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1988

3.4. В случае последующего упрочнения с отставанием от забоя на расстояние Bf ?В расчет с использованием схемы, приведенной на ряс.3.1., производится дважды;

определяется напряженное состояние в крепи, возникающее до производства работ по упрочнению, при значениях

'• (3.3)

оС *= ехр (-/,3£М- ехр (-<3£,/Яа);

определяется напряженное состояние крепи, возникающее дополнительно после создания упрочненного слоя, при значении

/    ехр(-/,3 4 /Ра )    (з.4)

и отличных от остального массива деформационных характеристиках упрочненного слоя пород. Полученные результаты суммируются. При В/ - В первый расчет не требуется.

3.5. Для расчета крепи на действие давления подземных вод при отсутствии фильтрации через упрочненную зону используется расчетная схема, приведенная на рис.3.1, с заданием начальных напряжений в массиве, равных полному статическому напору воды

(«)

где Не - напор подземных вод, м.

3.6.    Для расчета водонепроницаемой крепи при фильтрации через упрочненную зону, указанны* в п.3.5, начальные напряжения, равные полному статическому напору воды, задаются в массиве и в упрочненном слое.

3.7.    В случае фильтрации через упрочненную зону и крепь, при рассмотрении схемы на рис.3.1 задаются начальные напряжения (МПа) в массиве

/V (°) г^Се)    «

-Gy - - R> (з.б)

и в упрочненной зоне

-*7


Pi=чА


(3.8)


- коэффициент перегрузки f6j;

Rj - средний радиус внутреннего контура поперечного» сечения крепи» м;

*" коэффициенты фильтрации соответственно массива пород в естественном состоянии» упрочненной зоны и материала крепи, м/с;

L - толщина зоны упрочнения, м.

Если коэффициент фильтрации массива пород Кс* то вместо (3.8) допускается использовать формулы

(3.9)

3.8.    Проверка прочности сечений бетонной и железобетонной крепи производится в соответствии с требованиями главы СНи П П-21-75.

3.9.    Расчет крепи с учетом ползучести пород в массиве

и в упрочненной зоне осуществляется с помощью метода переменных модулей, то есть напряжения и усилия в крепи в каждый момент времени определяются при значениях деформационных характеристик массива £0^    ,    и    пород    упрочненной зоны tf£ ,    ,    определяемых    соответственно

согласно (6J и п.1.3, настоящих рекомендаций.

3.10.    При проектировании незамкнутой крепи допускается рассчитывать ее как замкнутую, используя для проверки прочности сечений усилия, полученные в соответствующей части моделирующего крепь кольца Sf

3.11.    Для расчета на сейсмические воздействия едмле-трясений напряженнее состояние крепи от действия произвольно направленных в плоскости поперечного сечения выработки длинных продольных и поперечных волн следует определять на основании решения плоских квазистатических контактных задач теории упругости, расчетные схемы которых показаны на рис. 3.2. Напряжения на бесконечности определяются по формулам

10

AKilfCJo ,MIia; f “

А .

*-p. »

(ЗЛО)

Q=Jx AK )^Сг Тл ,

коэффициент, со ответ ствуюсций баллу землетрясе-

Н ИЯ у

коэффициент, учитывающий допускаемые поврежде-н ия,

С; 4 -L -

коэффициент Пуассона массива пород; ^8е8ЙВьйа1п%0ода^“ B0c„°H°TBM^afBeHH0 упругих

преобладающий период колебаний частиц породы.

3.12. Для определения наиболее неблагоприятного напряженного состояния сумма и разность нормальных тангенциаль-» пых напряжений , полученных из решения задач, показанных соответственно на рис. 3.2, характеризующие напряженное состояние крепи от совместного действия одновременно приходящих (худший случай) продольных и поперечных волн, в каждом сечении конструкции исследуются на экстремум по углу падения волн    и    для    каждого сечения определяются

максимальные сжимающие и максимальные растягивающие напряжения G& , которые могут возникать при совместном действии поперечных волн и продольных в фазе сжатия. Усилия в каждом сечении конструкции определяются при тех сочетаниях и направлениях волн, при которых имеют место экстремальные значения (Tq . В результате получаются по две эпюры изгибающих моментов М и продольных сил hJ , соответствующих наибольшим сжимающим и наибольшим растягивающим напряжениям в крепи, которые суммируются с усилиями от других видов нагрузок, после чего производится проверка прочности сечений на сжатие и на растяжение.

При расчете набрызг-бетонной крепи или крепи, прикрепленной анкерами к породе, после исследования на экстремум определяются напряжения .максимальные по абсолютной величине, и соответствующие им усилия, которые берутся со знаком 0-И и и суммируются с усилиями от других видов нагрузок.

Для проверки прочности сечений крепи на сжатие и на растяжение используются суммарные усилия в их наиболее неблагоприятном сочетании, то есть отдельно суммируются усилия, соответствующие сжимающим (отрицательным) и растягивающим (положительным) нормальным тангенциальным на -пряжениям в каждом сечении крепи.

11


Расчетные схемы опя определения напряжения авйстьия длинных воли: a - продольных, б - поперечных

4. РАСЧЕТ МОНОЛИТНОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ПРИ ЭЛЛИПТИЧЕСКОМ ОЧЕРТАНИИ ЗОНЫ

УПРОЧНЕНИЯ

4.1. Очертание зоны упрочнения принимается эллиптическим, если массив в окрестности выработки имеет направленную трещиноватость. Большую ось эллипса, в зависимости от того, к кап ом у направлению она тяготеет, допускается принимать вертикальной или горизонтальной.

Размер малой полуоси эллипса (м) находится по формуле

(4.1)

6“ Я0 ♦ L •    (4.1)

где L - требуемая толщина зоны упрочнения, м. Размер большой полуоси ( м) допускается принимать

(4.2)

л - 1,5 6 .    (4.2)

Для стволов, сооружаемых с применением комплексного метода тампонажа трещиноватых горных пород, размеры эллиптической зоны затампонированных пород определяются согласно нормам технологического проектирования угольных шахт [7] .

4.2.    Расчет крепи с учетом эллиптической зоны упроч-ненных пород производится на действие собственного веса пород и давления подземных вод.

4.3.    Расчет крепи на действие собственного веса пород производится на основе решения плоской контактной задачи теории упругости для среды, составленной из трех различных материалов [8J .

Расчетная схема приведена на рис. 4.1.

Область £о моделирует массив пород, обладающий модулем дезформации Е0 и коэффициентом Пуассона |) . Областьб# моделирует зону упрочненных пород с деформационными характеристиками Ef ,    .    Область    S.2 моделирует крепь, материал

которой имеет деформационные характеристики Е2    .    \)2    •

В области So ♦ Si имеются начальные напряжения, обусловленные действием собственного веса пород, принимаемые при расчете крепи горизонтальных выработок



(4.3)


13


14


Рис.4.1. Расчетная схема крепи горизонтальной выработки круглого сечения при эллиптическом очертании зоны упрочнения


1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Крепь горных выработок рекомендуется рассчитывать по двум группам предельных состояний: по несущей способности на прочность и в необходимых случаях на устойчивость формы конструкции (первая группа предельных состояний); по деформациям или на трещиносгойкосгь (вторая группа предельных состояний).

Расчет по предельным состояниям первой группы гьрсизводят только по сжимающим напряжениям.

Расчет конструкций, предельные состояния которых недостаточно изучены, а также конструкций, к которым предъявляются требования трещин ост ойкости, допускается выполнять по упругой стадии.

1.2.    Расчет крепи должен производиться по результатам анализа контактного взаимодействия крепи, упрочненного слоя и массива пород с учетом:

форм и размеров поперечного сечения выработки;

конструкции крепи и особенностей ей возведения;

начального поля напряжений в массиве пород;

механических свойств массива пород, в том числе в упрочненной зоне, материала крепи.

1.3.    Размеры зоны упрочнения, деформационные, реологи

ческие и прочностные характеристики упрочненных пород рекомендуется определять в соответствии с работами [2]    ,

[ 3]    ,    а для условий Донбасса согласно работе [4J

1.4.    Крепь рекомеадуется рассчитывать с учетом возможных для отдельных элементов или крепи в целом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут действовать одновременно при строительстве или эксплуатации выработки.

Следует рассматривать:

основное сочетание, состоящее из постоянных, временных, длительных и кратковременных нагрузок и воздействий;

особое сочетание, состоящее из постоянных и временных длительных нагрузок и воздействий, и одного из особых воздействий.

1.5.    К постоянным нагрузкам и воздействиям следует относить вызываемые деформированием массива под действием собственной массы (горное давление), вызываемые тектоническими напряжениями в массиве, предварительное напряжение элементов крепи.

Примечание. Под нагрузками на крепь понимаются напряжения на контакте крепи с массивом пород.

К временным длительным нагрузкам относится гидростатическое или гидродинамическое давление подземных вод.

К кратковременным - относятся нагрузки и воздействия, возникающие в процессе сооружения выработки; давление от щитовых домкратов; давление тампонажного раствора, нагнетаемого за крепь.

К особым * относятся сейсмические воздействия, вызываемые землетрясениями, воздействие массовых взрывов.

1.в. Расчет крепи на сочетание нагрузок и воздействий следует производить отдельно на каждый вид нагрузки, после чего расчетные напряжения или внутренние усилия в сечениях крепи, полученные от каждого вида нагрузки, суммируются.

1.7.    Расчет крепи на горное давление следует производить на основе решения контактной задачи о взаимодействии крепи с весомым массивом.

Рекомендуется производить расчеты, принимая массив пород линейно-деформируемым.

В необходимых случаях допускается производить расчеты по известным нагрузкам на крепь с использованием данных натурных измерений.

1.8.    Расчет крепи в массиве пород с тектоническим начальным полем напряжений следует производить с учетом

величины и направления главных начальных напряжений в массиве.

1.9.    Допускается определять среднюю нагрузку (среднюю величину нормальных контактных напряжений) на крепь выработки некругового сечения на основании решении одномерной задачи для эквивалентной выработки круглого, сечения с использованием механических моделей массива, учитывающих физическую нелинейность и неоднородность окружающих выработку пород.

1.10.    Герметичную крепь выработок, проведенных вводоносных породах, следует рассчитывать на гидростатическое давление подземных вод.

При этом на контакте крепи с массивом (или на контакте гидроизолирующего слоя с внешней частью крепи) следует учитывать скачок начальных нормальных напряжений, равный полному статическому напору подземных вод.

Вес пород в единице объема с учетом взвешивающего


1.11.    При определении давления пород на крепь в водоносных породах необходимо учитывать взвешивающее действие воды.

2

действия воды (кН/м ) следует определять по формуле

hr-    77Т^чо<■•*>

где ^    - удельный вес пород, определяемый но данным

лабораторных исследований, кН/м ;

£    - коэффициент пористости пород.

1Л2. В районах с сейсмичностью 7 баллов и более следует производить расчет крепи на сейсмические воздействия, вызываемые землетрясениями, в соответствии с главой СНиП по строительству в сейсмических районах. При расчете крепи на сейсмические воздействия следует определять наиболее неблагоприятное напряженное состояние в каждом сечении конструкции при различных сочетаниях одновременно приходящих волн сжатия-растяжения (продольных) и сдвига (поперечных) любого направления в плоскости поперечного сечения выработки [5].

При расчете набрызг-ботонной крепи, а также крепи, прикрепленной анкерами к породе, следует учитывать как фазу сжатия, так и фазу растяжения при действии продольной волны

В остальных случаях допускается производить расчет крепи без учета действия продольной волны в фазе растяжения

1.13.    Расчеты крепи по предельным состояниям первой группы следует производить с применением обеспечивающих надежность работы конструкции коэффициентов: перегрузки (в виде множителей к величинам постоянных и длительных временник нагрузок и воздействий); условий работы конструкций крепи (в В1|де множителей к расчетным сопротивлениям их материалов); надежности (на них делятся расчетные сопротивления материалов крепи).

1.14.    Коэффициенты перегрузок следует принимать согласно таблице. При расчетах с использованием схем контактного взаимодействия крепи с массивом пород, а также

Нагрузки и воздействия

} Коэффициенты } перёёрузки

1

2

Расчетные средние нормальные нагрузки на крепь

1,1 (0.9)


с использованием данных измерений нагрузок в натурных условиях коэффициент перегрузки принимается равным 1.

3

Окончание таблицы

1

! 2

Гидростатическое давление

1.1 (0.9)

Предварительное напряжение

1.3 (0.7)

Примечание. Значения коэффициентов перегрузки, указанные в скобках, надлежит принимать в случаях, когда уменьшение нагрузки приводит к более неблагоприятной работе крепи.

1.15.    Коэффициенты условий работы конструкций крепи следует принимать в зависимости от качества оконтуривания выработки и качества контакта крепи с массивом пород.

При комбайновом проведении выработок с образованием гладкой поверхности и прочном контакте крепи с массивом пород коэффициент условий работы крепи следует принимать равным 1.

1.16.    Коэффициенты надежности крепи следует принимать в зависимости от типа и назначения капитальных горных выработок.

1.17.    Расчеты по предельным состояниям второй группы следует производить на основе сочетания нагрузок, применяя нормативные характеристики материалов крепи, при этом коэффициент перегрузки следует принимать равным 1.

1.18.    Проверку прочности бетонной и железобетонной крепи по предельным состояниям следует производить в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а металлической и чугунной - в соответствии с главой СНиП по проектированию металлических конструкций.

2. РАСЧЕТ КРЕПИ ВЫРАБОТОК КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

2.1.    Положения настоящего раздела следует применять при расчете монолитной и сборномонолитной крепи горизонтальных выработок круглого сечения в упрочнённом массиве.

2.2.    Расчет рекомендуется производить с использованием метода расчета многослойной крепи, расчетная схема показана на рис. 2.1.

Допускается применять следующие три схемы приложения напряже ний:

4

n-1


L

9,

’ А

Дп


/?т f — oo


Расчетная схема крепи горизонтальной JSbipaGoT,-1гйл!$6Углого сечения в упрочненном массиве: Т.2 -слои т лрепй, которая в оьщем случае может рыть многослойной;

|-RH% упР°ч1!ейй^^нД;рад5уй2СоаМуюМх

слоев ЛВ&пяС'в - полярный угол; JL - толщина упрочненных пород

Р>кВ = +Ргз*в 29.

1) эквивалентные расчетные напряжения приложены к внешнему контуру многослойного кольца (на бесконечности), Эквивалентные напряжения (МПа) определяются по формуле

(2.1)

5

Роэк8~*    4 и-W 9

р ,*■ // а-А&'+Ьп)

Ъэ*8=»С ЦП 8(1-)„)

— коэффициент, учитывающий отставание возведения крепи от обнажения пород ^ 1 определяется по данным экспериментов);

П - глубина, м;

-И - коэффициент бокового давления в нетронутом массиве пород;

V/7 - коэффициент Пуассона пород в массиве;

Алгоритм расчета приведен в приложении I;

2) расчетные снимаемые напряжения приложены к линии контакта крепи с массивом &п-1    •    Снимаемые    напряже-

ния (МПа) определяются по формулам


Чем * Чен

Qch=О^сн * sift 29


cos20


(2.2)


где


<2*кН

Чен


А А . ✓-А .


2 у

Qzch~~2*){Н    *

Чн - нормальные напряжения;

QCff - касательные напряжения*

3) расчетные снимаемые напряжения (2.2) приложены к внутреннему контуру сечения крепи и берутся со знаком минус (растяжение). В этом случае полные напряжения в крепи определяются как сумма начальных и дополнительных. Начальные напряжения (МПа) принимаются по формулам


C!?*P0,0,+ P2m-cos26;

= У?-sin 2в,


(2.3)


гае:

р;еиу


Снимаемые напряжения в элементах крепи определяются расчетом в соответствии с расчетной схемой (см.рис.2.1).

2.3.    Порядок расчета крепи для случаев предварительного и последующего упрочнения пород, а также расчет на сейсмические воздействия землетрясений описаны в разделе &

2.4.    Напряжения на контактах слоев крепи и на контакте крепи с упрочненной зоной рекомендуется определять с использованием коэффициентов передачи нагрузок И] .

2.5.    Прочность монолитной бетонной    и    железобе

тонной крепей следует проверять по предельным состояниям первой группы по прочности на сжатие в соответствии с рекомендациями СНиП.

Прочность слоев многослойной крепи допускается проверять по упругой стадии по максимальным сжимающим напряжениям. Проверку прочности внутренних слоев многослойной крепи следует производить с учетом объемного напряженного состояния материала (объемная прочность).

3- РАСЧЕТ ЗАМКНУТОЙ МОНОЛИТНОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

3.1    Расчет замкнутой крепи произвольного поперечного сечения выполняется на действие собственного веса пород, давления подземных вод и в необходимых случаях на сейсмические воздействия землетрясений.

3.2    Расчет замкнутой монолитной крепи выработок некругового поперечного сечения на действие собственного веса пород производится на основе решения плоской контакт^ ной задачи теории упругости для двуслойного кольца произвольной формы (с одной осью симметрии), подкрепляющего отверс тие в линейно-деформируемой среде. Расчетная схема приведена на рис.3.1.

Слои Si » S2 толщинами соответственно L , cl и средд имеют отличные друг от друга деформационные характеристики - модули деформации £( i -0,1,2) и коэффициенты Пуассона J* ( I - 0,1,2) и работают совместно как единая деформируемая система. При этом среда моделирует массив пород, слой    “    зону    упрочненных    пород,

$2 - крепь выработки.

Деформационные характеристики £4 , упрочненного слоя определяются в соответствии с [2] , J3J .

7

РиС-ЗЛ' №^оНл?2oroece4efPifH™BГу0ваМ°6аГки

В области S4 + Si имеется начальное поле напряжений (МПа), обусловленное собственным весом пород:

С-'-гНоГ; (ГУ(^~АГНГ,    (3.1,

где И - глубина заложения выработки, м;

А - коэффициент бокового давления пород в J „ ненарушенном массиве:    и

/*■

л- - корректируюшиП множитель, введенный для,.

уччгга влтгонии технологии производства работ.

3.3. Корректирующий множитель оС* (МПа) для случая предварительного упрочнения пород следует определять по формуле [б]

оС**~ ехр    (3#2)

где £    - расстояние от вводимой в работу крепи до забоя

выработки, м;


8

Ар — средний радиус выработки, м.