Министерство угольной промышленности СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ

горной геомеханики и маркшейдерского дела вними

ВРЕМЕННЫЕ УКАЗАНИЯ

по проектированию, строительству и эксплуатации крепи и армировки вертикальных стволов угольных шахт в условиях влияния очистных работ

Ленинград

1972

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

ВНИМИ

УТВЕРЖДАЮ:

Заместитель Министра угольной промышленности СССР

И.А.1 Толуэктов 10 декабря 1971 г.

ВРЕМЕННЫЕ УКАЗАНИЯ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ, СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ КРЕПИ И ДРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ

Ленинград 19 7 2

Таблица 1 Деформации, учитываемые при проектировании крепи

Зоны влияния Условия возникновения деформаций Вид деформаций 1. Опорного давления Размер целиков меньше, чем по граничным углам -е 11. Равномерного сдвижения Наклонное и крутое падение при размерах целиков меньших, чем по углам сдвижения Ч Hi. Малых деформаций 1У. Разгрузки шт* — Надрабогка крутопадаю-шими пластами ±е2. iz, kz - е 2 * ^ Z » ^ 2

Примечание: Знак *'+*' соответствует деформациям растяжения;

знак - деформациям сжатия.

Значения коэффициентов перегрузки

Таблица 2

W9A!9 п/п Деформации К оэффициенты перегрузки обозначе ния величины 1. Оседание rj П 1,2 2. Горизонтальное сдвижение 1.2 3. Уклон, наклон iz> i *1 1,4 4. Кривизна kz 7 к *Чс 1.8 5. Деформации удлинения и укорочения 1.0 6. Относительные горизонтальные деформации £ nt 1.4

отсчитываемого от момента, когда пролет кровли этой выработки достиг величины 0,2Н, где Н - глубина разработки.

16.    Деформации, вызываемые влиянием очистных работ, не учитываются при проектировании крепи и армировки, если стволы не пересекают выработанного пространства и проходятся после окончания процесса сдвижения околоствольного массива, если при этом отсутствуют условия возникновения активизации сдвижения (пп.13 и 15),

В местах пересечения стволом ранее отработанных пластов, в зоне обрушения (приблизительно 5г10тп , где m - мощность пласта) и на 5 метров ниже этих пластов независимо от давности их отработки учитывается сжатие массива в направлении нормали к пласту, исходя из среднего значения относительной деформации на рассматриваемом участке в этом направлении, равного 2.10“3, _{если в} соответствии с п.п. 13, 14 и 15 они не достигают больших величин.

17.    Виды деформаций ствола под влиянием сдвижения пород, требующие различных мер защиты, в разных зонах влияния очистных работ определяются в соответствии с габл.З.

РАЗДЕЛ У. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРЫ ЗАЩИТЫ КРЕПИ

18.    Конструктивные меры защиты крепи выбираются в зависимости от характера и величин сдвижения пород (раздел IJJ, приложение 1 и 3). Параметры крепи определяются расчетом

и специальными требованиями, изложенными в разделе У11 и приложениях 3 и 4.

Технология сооружения крепи выбирается в соответствии с рекомендациями приложения 2, а в необходимых случаях по согласованию с институтом ВНИИОМШС.

19.    Защита крепи при соблюдении условий п.8 производится на пологом падении от вертикального укорочения (удлинения),

а при наклонном и кругом падении пластов - также и от уменьшения (увеличения) диаметра, сдвигов поперечных сечений и срезывания.

20.    Зашита крепи от опасных вертикальных деформаций осуществляется следующими конструктивными мерами:

а)    устройством на определенном расстоянии друг от друга по глубине ствола горизонтальных осадочных швов, заполняемых податливым или малопрочным материалом;

б)    применением крепежного материала или конструкции крепи, способных выдержать без разрушения расчетное вертикальное укорочение;

в)    уменьшением трения и ослаблением связи между крепью и породами путем заполнения закрепного пространства вязким или сыпучим заполнителем или при помощи специальных анги-

11

фрикционных покрытий (скользящая крепь).

21.    Зашита крепи от разрушения при уменьшении диаметра ствола вчерне обеспечивается:

а)    применением крепи, выдерживающей без разрушения расчетное изменение формы поперечного сечения;

б)    заполнением закрепного пространства сжимающимся материалом, который сжимается непрерывно или в результате разрушения ;

в)    применением радиальных вертикальных податливых прокладок;

г)    заполнением закрепного пространства слоем вязкого материала.

22.    Защита крепи от среза при сдвигах поперечных сечений обеспечивается следующими конструктивными мерами:

а)    созданием в закрепном пространстве слоя вязкого заполнителя;

б)    заполнением закрепного пространства сжимающимся материалом.

Возможна также компенсация сдвига предварительным увеличением диаметра ствола в районе ожидаемого смешения.

23.    Мерой защиты ствола от всех перечисленных воздействий сдвигающихся пород является также закрепление ствола крепью, состоящей из несвязанных жесткими связями несущих или ограждающих элементов, в зависимости от степени устойчивости пород в стенках ствола (например, отдельные блоки из легких материалов на анкерах, штанговая крепь и сетки с последующим после деформации торкретированием или без него и т.п.).

РАЗДЕЛ У1. МЕРЫ ЗАЩИТЫ АРМИРОВКИ

24.    Меры защиты армировки применяются при следующих видах деформации ствола:

а)    вертикальное укорочение (удлинение);

б)    уменьшение и увеличение диаметра;

в)    местные сдвиги поперечных сечений;

г)    наклоны;

д)    искривления.

25.    Защита армировки при вертикальном укорочении или удлинении ствола осуществляется путем установки на стыках проводников компенсирующих узлов податливости или сменных вкладышей.

Расположение их по стволу и диапазон податливости устанавливается в зависимости от расчетных деформаций (см.приложения 1 и 3).

12

26.    При радиальных деформациях ствола (сжатие или расширение) для защиты конструкции жесткой армировки необходимо предусматривать на заделываемых концах расстрелов узлы крепления, допускающие регулировку в направлениях и пределах ожидаемых смещений.

27.    При наклонах, искривлениях и местных сдвигах ствола в конструкциях элементов жесткой армировки необходимо предусматривать узлы регулировки (податливости) в горизонтальной плоскости путем:

а)    применения мер зашиты, указанных в пункте 26;

б)    применения регулируемого крепления проводников к расстрелам в соответствии с характером, направлением и величиной расчетных деформаций;

в)    совместного применения мер 'а* и "б* настоящего пункта.

28.    При одновременном проявлении нескольких видов деформаций, указанных в пункте 24, необходимо предусматривать сочетание соответствующих конструктивных мер согласно пунктам 26 и 27.

29.    При деформациях стволов, указанных в пункте 24, не исключается применение армировки с канатными пр одниками при соответствующем увеличении сечения ствола местном или по всей глубине), специальном обосновании и согласовании с ВНИМИ и МАКНИИ.

РАЗДЕЛ /11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРЕПИ И АРМИРОВКИ

30.    Конструктивные меры должны обеспечить соответствующие деформации ствола без разрушения элементов основной крепи или при сведении нарушений к минимуму. Решение о применении конструктивных мер принимается с учетом экономической целесообразности, соображений безопасности, обеспечения нормальной работы ствола.

31.    Защита сплошной крепи от деформаций вертикального укорочения применяется, если вертикальные напряжения в крепи в данном горизонтальном сечении превосходят ее прочность, что определяется условием:

1-/U    »)

-    расчетное сопротивление материала несущей крепи на одноосное сжатие, Т/м*;

Е - модуль деформации материала несущей крепи,Т/м , 6_Z(p) " максимальное расчетное значение относительных вертикальных деформаций пород по линии ствола;

-    коэффициент Пуассона материала крепи.

13

Возможен специальный подбор материала крепи, обладающего достаточно низким модулем деформации (    )

5 Z (р)

в соответствии с условием (1).

32.    Скользящая крепь применяется при расчетных относительных горизонтальных сдвижениях породных стенок ствола ДТ_сна границах защищаемого участка, не превышающих 250-300 мм, и для участков ствола высотой не более 15-20 м,

33,    Толщина скользящего закрепного слоя должна быть не менее разности величин расчетных горизонтальных сдвижений пород на уровнях верхнего и нижнего сечения защищаемого участка крепи, расчетной величины уменьшения диаметра ствола вчерне или максимальной величины послойного сдвига.

Расчетная величина наибольшего уменьшения А^^радиуса ствола вчерне приближенно определяется по формуле:

QKC 2    *    (2)

где t - расчетная горизонтальная относительная деформация пород;

R, - радиус ствола вчерне, м.

34.    На границах защищаемого скользящим слоем участка следует предусматривать подвижные соединения скользящей части крепи с неподвижными ее участками или податливые узлы, или увеличивать протяженность скользящего слоя за границы опасного участка на величину, достаточную для снижения деформаций в крепи ниже опасных их значений.

Необходимо предупреждать утечку вязкого заполнителя в пустоты и трещины в породах, а также предусматривать в случае необходимости частичный выпуск заполнителя для предупреждения повышения давления в сокращающемся замкнутом объеме, не допуская при этом снижения давления ниже значения, определяемого весом заполнителя.

35.    Материал вязкого, твердого или сыпучего скользящего слоя должен обеспечивать минимальное трение о крепь, удовлетворяющее следующему условию:

,    0,25R,n(D*-d)-Q

“ P_cpftD,l_c

-    коэффициент трения между скользящими поверхностями;

-    расчетное сопротивление при сжатии материала крепи, Т/м^;

-    внешний диаметр основной крепи, м;

-    внутренний диаметр, м;

-    среднее давление горных пород, Т/м ;

-    длина участка ствола от верхнего уровня скользящего слоя до нижней из всех на защищенном

14

ВВЕДЕНИЕ

До настоящего времени защита вертикальных стволов на шахтах СССР осуществлялась, как правило, предохранительными целиками.

Величина потерь угля в этих целиках с увеличением глубины разработки резко возрастает, особенно при построении их по граничным углам и при оставлении специальных целиков-упоров. Эти целики можно значительна сократить, применяя крепь и армировку, приспособленные к деформированию стволов под влиянием очистных работ.

Применение такой крепи и армировки целесообразно также во вновь проходимых и перекрепляемых стволах на действующих шахтах, когда уголь $ пределах предохранительных целиков был вынут ранее.

Настоящие 'Временные указания' имеют целью облегчить проектирование специальна приспособленных к сдвижению горных пород крепи и армировки для вновь проектируемых и реконструируемых стволов, применение мер защиты существующих стволов и являются первым документом такого рода.'Вре-менные указания' составлены для условий угольных месторождений со слоистым строением массива.

'Временные указания' разработаны на основании исследований ВНИМИ (руководители к.т.н. А.М.Козел и к.г.я.А.Г.Аки-мов) и ВНИИОМШСа (руководитель - сг.н.сотрудник А.С.Сы-чев) с учетом данных других исследователей, мирового опыта и результатов опытного проектирования крепи и армировки ряда стволов шахт применительна к геологическим разрезам некоторых конкретных шахт, выполненного Южгипрошахтом (руководитель - гл.инж.проекта Г.М.Цейтлин) по методике и рекомендации ВНИМИ и ВНИИОМШСа. Работы проводились па общей методике и под руководством ВНИМИ (руководитель - канд.техн.наук А.М.Козел).

В настоящее время отечественный опыт применения приспособленных к влиянию очистных работ конструкций крепи и армировки ограничен. Не с одинаковой полнотой разработаны различные рекомендации. Поэтому в основном тексте 'Временных указаний' приведены общие специальные требования и положения для проектирования, строительства и эксплуатации крепи и армировки, приспособленных к существенному влиянию очистных работ, не охватывающие, однако, обычных требований к крепи и армировке. 'Временные указания' не предусматривают поэтому стрргой регламентации конструктивных решений, применяемых материалов и методов расчета крепи. Имеющиеся по этим вопросам рекомендации помещены в приложениях.Ре-

3

комендации, изложенные в приложениях, в том числе по расчету сдвижений и деформаций земной поверхности и толщи горных пород, составлены по ограниченному числу наблюдений, поэтому являются приближенными и будут в дальнейшем уточняться.

Проект "Временных указаний" был передан для обсуждения МУП СССР и УССР, Госстрою СССР, Госгортехнадзору СССР, УССР и Каз.ССР, округам Госгортехнадзора, эксплуатационным и шахгосгроигельным комбинатам и трестам, шахтам Центрального района Донбасса, проектным, научно-исследовательским и горным институтам,

'Временные указания' рассмотрены и одобрены 26 июня 1968 г, секцией проектирования и шахтного строительства научно-технического Совета министерства угольной промышлэн-ности СССР.

Методические указания по расчету сдвижений и деформаций земной поверхности и в толще пород, приложенные к "Временным указаниям", рассмотрены и одобрены в Техническом управлении МУП СССР 13 июня 1969 года,

В настоящих 'Временных указаниях" учтены замечания,полученные от указанных организаций и предприятий и на секции НТС МУП СССР.

"Временные указания" составлены:

Южгипрошахтом и ВНИМИ - раздел 1;

ВНИМИ - разделы П, Ш, 1У, У (А.М.Козел, А.Г.Акимов), приложения 1 (А.Г.Акимов, В.Н.Земисев, Е.А.Овсянко, А.М.Козел), 4 (А.М.Козел), 6 (Г.С.Черных, А.М.Козел) и 7;

ВНИИОМШСом - раздел У1 (В.Я.Зинченко), приложения 2 и 3 (А.С.Сычев. Тюрин К.М., В.Я.Зинченко, В.А.Прагер);

Южгипрошахтом - приложение 5 (Г.М.Цейтлин, И.И.Сто-ляренко и В.И.Спица);

ВНИМИ и ВНИИОМШСом - разделы УП и УШ (А.М.Козел, А.С.Сычев, В.Я.Зинченко),

Указания по применению конструктивных мер защиты арми-ровки (раздел У1), проектированию и эксплуатации армировки (в разделах УП и УШ) и приложение 3 доработаны и отредактированы комиссией представителей ВНИМИ.ВНИИОМШСа, ИГМ и ТК им.М.М.Федорова и Южгипрошахта (Н.Г.Гарку-ша, И.Г.Горенцвейг, В.Я.Зинченко, А.М.Козел).

РАЗДЕЛ 1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.    Настоящие указания применяются при проектировании новых и конструктивном приспособлении существующих вертикальных стволов угольных шахт и при их эксплуатации, охраняемых угольными целиками сокращенных, по сравнению с требуемыми Правилами охраны, размеров, а также при проходке и поддержании стволов на ранее подработанных площадях.

2.    Указания составлены для пластовых угольных месторождений применительно к следующим условиям:

а)    обычные горногеологические условия;

б)    залегание пород - пологое, наклонное и крутое (до 60°);

в)    виды крепи - монолитный бетон, железобетон, сборная крепь, штанговая и другая облегченная крепь;

г)    способ проходки - обычный;

д)    глубины - до 1200 м.

3.    Указания не распространяются на следующие условия:

а)    пересечение стволом весьма слабых, весьма пластичных, сильно обводненных пород (например, Подмосковный бассейн, Ахалцихское месторождение и другие районы с аналогичными горно-геологическими условиями), а также если притоки воды в ствол превышают предусмотренные СНиЛом нормы - 8 м^э в час.

б)    сложное залегание пластов в районе расположения ствола: складки с переменным углом падения, крупные тектонические нарушения;

в)    проходка стволов замораживанием.

РАЗДЕЛ II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

4.    Основными исходными данными для проектирования конструктивных мер защиты являются параметры сдвижения горных пород и величины деформаций околоствольного массива, а именно:

а)    оседания в мм;

б)    горизонтальные сдвижения земной поверхности ^ в мм;

в)    горизонтальные сдвижения в толще горных пород X в мм;

г)    относительные вертикальные деформации сжатия-растяжения толщи горных пород £₂    ;

д)    относительные горизонтальные деформации сжатия-растяжения толщи горных пород I ;

е)    относительные сдвиги пород по напластованию С в мм;

ж)    уклоны линии ствола (отклонение ствола от вертикали)

^lZ ¹

5

з) кривизна оси ствола k _z ( —    ) или радиус кривизны

(искривления) оси ствола в м^П (R,£ = А" ).

Расчет параметров сдвижения (см.прАожение 1) производится на основании данных о порядке отработки пластов и сведение о деформационных свойствах каждой характерной литологической разности пород и угля, пересекаемых стволом,по существующим методикам³¹),

5,    Расчетные нагрузки на крепь определяются в зависимости от конструкции крепи и характера ее взаимодействия с массивом горных пород (см.приложение 4) в различных зонах влияния очистных работ (см, раздел 1У).

6,    Проектирование армировки должно производиться в соответствии со следующими нормативными документами:

а)    "Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах";

б)    "Временными указаниями по проектированию и расчету жестких армировок вертикальных стволов шахт";

в)    'Временными техническими условиями на проектирование подъемных установок с канатными проводниками";

г)    "Временными нормами и рекомендациями на проектирование канатных проводников многоканатных подъемных установок";

д)    "Указаниями по производству и приемке работ по арми-ровке вертикальных стволов шахт" (СН 340-65),

РАЗДЕЛ III. ПРИМЕНЕНИЕ МЕР ЗАШИТЫ СТВОЛОВ ОТ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ

7,    Конструктивное приспособление крепи и армировки применяется при величинах ожидаемых деформаций равных и превышающих следующие допускаемые для обычной жесткой крепи и армировки:

a)    относительные деформации укорочения (вертикальное сжатие ) - 0,3.10“^ ;

б) средний уклон - 2,10”^, при максимальных на отдельных участках - 5.10“^ ;

b)    максимальная кривизна оси ствола - 0,33,10*^ ( R» =

- 3000 м),

8,    При конструктивном приспособлении крепи и армировки размеры околоствольных целиков могут быть уменьшены, но не должны быть меньше барьерных, определяемых по Правилам безопасности, а в разрезе вкрест простирания при паде-х) 'Временные требования по составу и методам механических испытаний горных пород при разведке месторождений полезных ископаемых для проектирования подземной разработки" (ВНИМИ, Л„ 1986).

6

ннн пластов более 26° - менее рассчитанных по углам сдвижения.

9.    Горные мероприятия по защите стволов при выемке око-лоствольных целиков, до утверждения соответствующих Положений, разрабатываются по согласованию с ВНИМИ и другими специализированными институтами.

10,    Проект защиты ствола должен быть увязан с мероприятиями по защите поверхности х), околосгвольных и других капитальных выработок.

РАЗДЕЛ 1У. УЧЕТ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

11.    При определении участков ствола, требующих применения конструктивных мер защиты, различают следующие зоны влияния последующих очистных работ (рис.1):

I    - опорного давления;

II    - равномерного сдвижения (опускания);

Ш ” малых деформаций;

IV    -зависания;

V    - полных сдвижений;

У1- разгрузки.

В соответствии с условиями сокращения целиков, предусмотренными п.8 настоящих 'Временных указаний', участки стволов, испытывающие влияние очистных работ, могут находиться в зонах 1, П, UJ и 1У.

Характер распределения сдвижений и деформаций в различных зонах при подходе очистных выработок к стволу с одной стороны показан на рис.2.

Проектирование крепи в указанных выше зонах производится с учетом воздействия деформаций, указанных в габл.1.

12.    Относительные сдвиги пород по напластованию во всех бассейнах, кроме Челябинского, учитываются только при крутом залегании пластов и размерах целиков по восстанию меньших, чем рассчитанные по углам сдвижения.

Условия возникновения подвижек пород по напластованию в Челябинском бассейне устанавливаются по 'Правилам охраны сооружений' для этого бассейна.

13.    При проектировании стволов, пересекающих ранее отработанные пласты или проходимых в целике на расстояниях от границ ранее пройденных очистных выработок меньших, чем минимальные размеры, рекомендуемые 'Правилами охраны...',

х) См. СН 289-64 и 'Руководство по расчету зданий и сооружений, проектируемых на подрабатываемых территориях' (Стройнздат, М., 1908).

7

Рис* 1 • Зоны влияния очистных работ.

Прямыми линиями отмечены расчетные границы зон

учитываются деформации, возникающие в результате активизации сдвижения от старых очистных работ, независимо от давности этих работ.

14* Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций производится по приложению 1 с учетом исходных параметров, рекомендуемых действующими 'Правилами охраны".

Расчетные величины сдвижений и деформаций пород получают путем умножения ожидаемых величин сдвижений и деформаций на коэффициенты перегрузки (см.табл.2).

15. Продолжительность процесса сдвижения околосгволь-ноге массива принимается равной общей продолжительности процесса сдвижения земной поверхности и определяется по 'Правилам охраны сооружений'.

Учитывается время, прошедшее после проведения очистной выработки, однако значение его не должно превышать срока,

8

а.    оседания ^

б.    гориуонтальиыс с движения -£

в.    деформации удлинения и укоро

чения -'с I. уклоны - i^y

д. деформации сжатия и растяжения - L А6 - нормаль, проходящая череъ границу выработанного пространства

Рис.2. Распределение сдвижений и деформаций вдоль вертикальных линий в зонах влияния очистных работ (в разрезе по простиранию)