Министерство угольной промышленности СССР Союэшахтострой

Научно-исследовательский институт строительства угольных и горнорудных предприятий

Кузниишахтострой

ИНСТРУКЦИЯ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРЕПЕЙ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ДЛЯ УСЛОВИЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ КУЗБАССА

Кемерово — 1978

Министерство угольной промышленности СССР Союзшахтост рой Научно-исследовательский институт строительства угольных и горнорудных предприятий Кузниишахтострой

УТВЕРЖДАЮ Первый ПЯМ£ЧГГИ>ГПЛЬ (Цинистпд

С№

БЕЛЫИ 1978 г.

ИНСТРУКЦИЯ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРЕПЕЙ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ДЛЯ УСЛОВИЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ КУЗБАССА

Кемерово — 1978

круглой [l] с радиусом

"2^г о ⁼ 0,63 if Sc& /

где Zo - приведенный радиус внутренней поверхности крепи в свету, м.

Предел прочности горных пород на сжатие определяется путем испытания образцов правильной формы (призмы, цилиндры). В тех случаях, когда образцы правильной формы получить невозможно, допускается производить испытания на образцах неправильной формьц Испытания должны производиться по стандартным методикам [2] .

Прочностные показатели пород, как правило, должны определяться геологическими партиями в процессе разведочного бурения и впоследствии выполняться геологами шахт при проведении горных выработок.

Если сведения о прочностных показателях отсутствуют, то ориентировочно прочность на сжатие можно определить по формуле

/? = / ' /ОО /сг/см^£,    (5)

где / - коэффициент крепости по шкале М.М.Протодьяко-нова.

2.3. Коэффициент структурного ослабления на основании работ [1, 3, 4, 5] предлагается определять по графику , изображенному на рис. 2.

Когда значение С заранее неизвестно, рекомендуется принимать следующие значения коэффициента структурного ослабления:

-    для монолитных слаботрещиноватых пород £ =0,8;

-    для пород средней трещиноватости £ =0,5;

-    для пород сильнотрещиноватых % = 0,4-0,3;

-    в зонах дробления, геологических нарушений £ =0,2-

-0,1.

Рис. 2. График для определения коэффициента структурного ослабления ( L -наибольший размер поперечного сечения выработки вчерне, м; С -средний размер элементарных блоков, на которые массив разбит трещинами или слабыми прослойками) 2.4. Коэффициент концентрации напряжений к/ на основании работы [6] рекомендуется определять в зависимости от формы выработки по табл. 1. При определении коэффициента устойчивости почвы для замкнутых сечений к/ - 3. Таблица 1

Форма сечения выработки	Отношение ширины выработки к высоте
Круглая	-	2,0
Сводчатая	1:1	2,5
	3:2	3,0
Прямоугольная и	1:1	2,8
трапециевидная	2:1	3,2

2.5.    Коэффициент длительной прочности на основании работы [7 J принимается для песчаников 1-0,8; аргиллитов 0,9-0,8; алевролитов 0,8-0,7.

2.6.    Коэффициент снижения прочности за счет повышенной влажности принимается по работе [ 7 ] для песчаников 0,8; аргиллитов - 0,75; алевролитов - 0,7.

2.7.    Дополнительный коэффициент концентрации за счет влияния соседних выработок /г_3/ принимается по графику на рис. 3.

Вычисления проводятся в следующей последовательности:

- определяется коэффициент устойчивости П без учета влияния выработки;

-    вычисляется отношение расстояния между центрами двух близко расположенных выработок к радиусу выработки 7/7_С и из соответствующей точки на оси абццсс восстанавливает -ся перпендикуляр до его пересечения с кривой для ранее вычисленного значения П ;

-    из точки пересечения опускается перпендикуляр на ось ор -динат и находится искомое значение kg_f .

Рис.З. Графики для определения дополнительного коэффициента концентрации к^₁ при взаимном влиянии двух выработок ( П. - коэффициент устойчивости, определенный по формуле (1) без учета влияния соседней выработ -ки)

2.8. Определение коэффициента дополнительной концентрации за счет влияния очистных работ производится по графикам,изо-браженным на рис.4, 5 с учетом расположения выработки относительно пласта и забоя лавы.

Сначала по графику на рис.4 определяется промежуточный коэффициент концентрации с учетом расположения выработки относительно очистного забоя по простиранию пласта к в ₂    >

затем для соответствующего к&₂ по графику на рис. 5 определяется значение кв₂ ^с учетом расположения выработки по нормали к пласту.

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КРЕПИ

3.1.    Основой для выбора расчетной схемы при прогнозировании горного давления и принципов проектирования крепей явля -ется классификация условий работы, представленная в табл.2.

3.2.    При п 7?1 имеет место первый класс условий работы т.а крепь не имеет регулярной нагрузки и играет роль конструк -ции, ограждающей от случайных вывалов и предохраняющей породу от выветривания.

В качестве крепи рекомендуется набрызгбетонная крепь толщиной 5-8 см или монолитная бетонная крепь толщиной 10 см с низведением ее при помощи механизированной металлической опалубки типа ОМП конструкции института 'Кузниишахтострой*.

Одним из условий применения набрызгбетонной крепи явля -ется обеспечение хорошего оконтуривания выработки (отклоне -ния от проектного контура не должны превышать i 10 см).

Допускается также применение металлической арочной крепи из СВП-17 с расстоянием между арками 1,0-1,2 м.

3.3.    При 0,7< П 1 [8J имеет место второй класс уело -в ий работы, т.е. образуется новый контур выработки или свод устойчивых равновесий. Крепь испытывает нагрузку от веса по-род, находящихся в объеме свода, и работает в режиме задан -г ных нагрузок. В этом случае, как известно, нагрузка на крепь н е зависит от величины ее податливости.

J3

Рис.4. График для определения промежуточного коэффициента концентрации к за счет влияния очистных работ по простиранию пласта

Рис.5. Графики для определения дополнительного коэффициента концентрации к g2

' на конст-5,5 м

Рис. 7. Графики для определения смешений массива U и нагрузки Р на крепь в зависимости от коэффициента устойчивости и величины конструктивной податливости кропи и забутовки Ык$ при 70 = 2,5; 2,0 м

Таблица 3

Вид крепи Сечение в свету, м^ Конструктивная податливость крепи и забутовки Uкз , см Монолитная бетонная коробовая кровля 10 ручная укладка с помощью бето-нонагнетателей 6/4 стены к 4 кровля 10-20 8/4 стены » 4 Сборная железобетонная £ 13 12 тюбинговая с забутовкой 13-20 15 из породы Металлическая арочная вертикальная из спецпрофиля 30 боковая 20

Вертикальная нагрузка может бьггь определена по формуле

^р‘ - ’ ¹⁶¹

где R<pK - средневзвешенная прочность пород в кровле выработки, т/м^;

Sc/ - площадь сечения выработки в свету, м^;

Л - коэффициент бокового распора;

t - срок службы крепи, сутки.

Горизонтальная нагрузка Р_Г « 0,3 Р&

Для условий Кузбасса Л = 0,5-0,7_#

В качестве крепи для второго класса можно рекомендовать:

- анхер-набрызгбетонную крепь в сочетании с контур-

АННОТАЦИЯ

Инструкция является результатом выполнения работ по головной отраслевой теме 1504 'Разработать и внедрить новые прогрессивные решения в области крепления капитальных горны* выработок , обеспечивающие комплексную механизацию горнопроходческих работ'. (Руководитель темы канд. техн. наук Стрельцов Е.В.).

В инструкции на основе экспериментальных и аналитических исследований в области механики подземных сооружений в систематизированном виде изложены основные положения по выбору типа крепи капитальных горных выработок и даны конкретные примеры для различных горно-геологических условий .

Инструкция предназначена для работников угольных, шахтостроительных, проектных и научно-исследовательских организаций, студентов и преподавателей горных вузов и техникумов.

Автором работы является кандидат технических наук Ерофеев Л.М.

Отзывы и замечания направлять по адресу :

650002, г. Кемерово-2, ул. Институтская, 1, Кузниишахтострой.

(5) Кузниишахтострой, 1978 г.

ным взрыванием. Анкера для выработки с большим сроком службы должны иметь замоноличенные замки, еще лучше, если анкер будет замоноличен по всей длине. К анкерам должна укрепляться металлическая сетка из арматурной стали диаметром 6 мм с ячейкой 80x80 мм. С отставанием от забоя на 10-20 м сетка должна зямоноличиваться торкрет- или набрыэгбетоном толщиной 6-8 см£

-    сборную железобетонную гладкостенную тюбинговую

крепь при Set > 8    [9]    .    Крепь должна устанавливаться

вслед за подвиганием забоя, а закрепное пространство - забучиваться мелкой породой;

-    монолитную бетонную крепь по типовым проектам Центрогипрошахта [Ю] . Крепь, как правило, должна возводиться вслед за подвиганием забоя при помощи механизированной металлической опалубки ОМП и бетононагнетате -лей или бетононасосов;

-    металлическую арочную крепь по типовому проекту Центрогипрошахта [ll] из спецпрофиля, если применение других видов крепей по каким-либо причинам невозможно;

-    сборную железобетонную гладкостенную плитную крепь типа УТЗ ВНИИОМШСа при Sc/ ^=8 м^. Крепь следует устанавливать вслед за подвиганием забоя, а закрепное пространство заполнять мелкой породой.

3.4. При 0,2 4 П 4, 0,7 [12] (третий и четвертый классы условий работы) вокруг пройденной выработки образуется область неупругих деформаций.

Крепь работает в условиях взаимодействия с окружающим массивом, т.е. нагрузка на крепь зависит от ее податливости.

Нагрузку на крепь в случае применения ее вслед за подвиганием забоя при сроке службы свыше 5 лет предлагается определять по графикам, приведенным на рис. 6 и 7.

Графики для прогнозирования нагрузок и смещений получены из решения удругепластической задачи с учетом результатов натурных исследований проявлений горного давления.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая инструкция разработана на основе экспериментально-теоретических исследований проявлений горного давления, выполненных институтом 'Кузниишахтострой' на шахтах Кузбасса с учетом работ ВНИМИ, ЛГИ, МГИ, ИГД им. А.А. Скочинского, Центрогипрошахта, Южгипрошахта, ДонУГИ, НИИОГРа, ДЛИ и др.

Процесс проектирования крепи горных выработок состоит из следующих основных этапов:

1.    Определение характера проявлений горного давления.

2.    Выбор типа крепи и технологии ее установки.

3.    Прогноз смещений и нагрузок.

4.    Выбор принципиальной конструктивной схемы крепи.

5.    Расчет крепи.

Инструкция регламентирует выполнение первых четырех эта -пов проектирования крепей для полевых штреков, квершлагов и выработок околоствольных дворов при буровзрывном способе проходки. Расчет крепи достаточно полно разработан в трудах ЛГИ, МГИ, ИГД им. А.А.Скочинского, Южгипрошахта.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В ИНСТРУКЦИИ

Х₀ - приведенный радиус внутренней поверхности крепи в свету, м;

Sc£- площадь сечения выработки в свету, м²;

Н - глубина заложения выработки, м;

L " наибольший размер поперечного сечения, выработки вчврне, м;

С - средний размер элементарных блоков, на которые массив разбит трещинами или слабыми прослойками, м;

£ - заданное отставание постоянной крепи от забоя, м ;

2 - расстояние между центрами двух близко расположенных выработок, м;

- радиус зоны неупрутах деформаций вокруг выработ -ки, м;

/77 - мощность слоя пород, м;

У - расстояние от середины слоя до центра выработки по нормали к напластованию, м;

V - скорость подвигания забоя, м/мес;

U_yn — смещение породного контура за счет упруго-пластических деформаций, см;

Up - смещение породного контура за счет разрыхления массива в зоне неупругих деформаций, см;

U ~ общие смещения породного контура за счет упруго -пластических деформаций и разрыхления массива в зоне неупругих деформаций, см;

Ut,U_r ” °б^щие вертикальные и горизонтальные смешения

ОМ;

и к, - конструктивная податливость крепи и забутовки, см;

U_tB - смешения породного контура за время поддержания выработки временной крепью, см;

t_B - время поддержания выработки на временной крепи,сут;

t - срок службы крепи, сут;

/2 - коэффициент устойчивости;

flffl - коэффициенты устойчивости по нормали и по простиранию слоистости;

к/ - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от формы выработки;

ks_r- дополнительный коэффициент концентрации, учитыва-юший взаимное влияние выработок;

-    промежуточный коэффициент концентрации с учетом расположения выработки относительно очистного забоя по простиранию пласта;

-    дополнительный коэффициент концентрации, учитывающий влияние очистных работ;

£    - коэффициент структурного ослабления;

J - коэффициент длительной прочности;

к2 - коэффициент, учитывающий снижение прочности за счет обводненности пород;

У - коэффициент крепости по шкале М.М.Протодьяконова;

Л - коэффициент бокового распора;

I — число слоев, принимаемых в расчет;

у/ - угол падения пластов относительно горизонтальной оси симметрии выработки, град;

-    угол внутреннего трения породы, град;

-    средний объемный вес горных пород, тс/м³;

Р - нагрузка на крепь, тс/м ;

P/nln - минимальная нагрузка на крепь для третьего и четвертого классов условий работы, тс/м*;

P_t - нагрузка на крепь при сроке службы крепи t ^ 5 лет,

тс/м^;

PbfPf-fP_n - значения вертикальной, горизонтальной нагрузок и нагрузок со стороны почвы для замкнутых крепей при сроке службы более 5 лет, тс/м^;

Р/f Ра - нагрузки на крепь по нормали к напластованиям со стороны кровли и почвы выработки, тс/м^;

Р$ - нагрузка на крепь по простиранию слоев, тс/м^;

P_rf    горизонтальные нагрузки со стороны висячего и ле-

² жачего боков пластов, тс/м*;

^}<р - средневзвешенный преде^прочности горных пород в массиве на сжатие, тс/м ;

прочность пород на сжатие в образце, тс/м

средневзвешенный предел прочности пород, окружающих выработку, по нормали к напластованиям, тс/м^;

средневзвешенные прочности пород по нормали к напластованиям в кровле и почве выработки, тс/м^;

средневзвешенный предел прочности пересекаемых вьь-работкой пород по простиранию, тс/м .

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КРЕПИ

Назначение выработки, сечение в свету и вчерне, срок службы крепи, протяженность выработки и угол наклона к горизонту, глубина расположения от поверхности, наличие и взаимное расположение соседних выработок .технология проведения, прочность, объемный вес и трещиноватость горных пород, водоприток.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УСТОЙЧИВОСТИ ОКРУЖАЮЩЕГО ВЫРАБОТКУ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

2,1, Коэффициент устойчивости определяется из выражения

П - _ ,

цНк, к_в, к_вг

где Rep - средневзвешенный предел прочности гэрныхпо-род в массиве на сжатие, тс/м ,

/    -    средний объемный вес горных пород, тс/м®;

Н - глубина заложения выработок, м;

к / - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от формы выработки;

к б/ - коэффициент концентрации напряжений, учитывающий взаимное влияние выработок;

кв₂ “ дополнительный коэффициент концентрации,учитывающий влияние очистных работ.

Величины приведенных коэффициентов определяются следующим образом.

2.2. Средневзвешенный предел прочности пород, окружающих горную выработку (рис. 1 а,б,в) по нормали к напластованиям, определяется по формуле

(2)

•

где Ai — прочность пород на сжатие в образце для I —ого слоя;

С( - коэффициент структурного ослабления;

-    коэффициент длительной прочности;

-    коэффициент, учитывающий снижение прочности за счет обводненности пород;

П%£ - мощность L -ого слоя;

У1 - расстояние от середины L -ого слоя до центра выработки по нормали к напластованию.

При необходимости выражение (2) может быть использовано для определения средневзвешенной прочности пород в кровле R <p к и почве Rep* (см. пример 1 раздела 4).

В расчет принимаются свойства массива на расстоянии двух диаметров от центра выработки.

Для выработки типа квершлаг расчет средневзвешенного предела прочности массива производится по вертикальным сечениям (рис. 1 а,б, сечение 1-1). Для полевых штреков схема расчета Ry> приведена на рис. 1 а.

Средневзвешенная прочность пересекаемых выработкой пород по простиранию определяется из выражения

Rep , f    *2c    ^mi    .

Рис. 1. Схемы расположения выработка относительно слоев горных пород: а, б - для квершлага; в - для полевого штрека

В расчет принимаются только породы, непосредственно пересекаемые выработкой. Если какой-либо слой пород пересекается выработкой частично, то вместо числа, определяющего мощность данного слоя /72 i , в формулу (3) входит часть мощности пласта, пересекаемого выработкой От?*, /72j на рис. 1). Если выработка имеет арочную, трапециевидную или квадратную формы, то она условно приводится к