МИНИСТЕРСТВО угольной промышленности ОРДЕНА ЛЕНИНА КОМБИНАТ ВОРКУТАУГОЛЬ ПЕЧОРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УГОЛЬНЫЙ I...

(ПЕЧОРНИУИ)

ИНСТРУКЦИЯ

по определению оптимальных параметров крепления подготовительных выработок металлической арочной крепью на шахтах Печорского угольного бассейна

ВОРКУТА 1972

Министорстно угольной промышленности СССР Орден.? Ленина комбинат Воркутауголь ПечорскиИ научно-исследовательский угольный институт (ПечорШИ)

Утверждена главным инженером комбината Воркутауголь

ИНСТРУКЦИЯ

[ю олредшшш оптишышх л а растров

КРЕПЛА ИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

металлической арочной крепью на шахтах

ПЕЧОРСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

Воркута.(972

где п - плотность крепи, рам/м;

Р - нагрузка на I м выработки, определенная по номограмме,т; Pj- предельная расчетная несущая способность крепи, т. Величина Pj получена в результате стендовых испытаний металлических врок, выполненных в ДонУГИ (табл. I).

Таблица I

Площадь сечения арки крепи, м^	Крепь на спецпрофиля	Ширина выработки в свету, м	Продельная расчетная несущая спос о б п ост ь крепи, т
5,6	СВП-17	2,49	27
6,6	1»	2,85	23
7,5	и	3,17	22
8,5	СВП-22	3,42	28
10,0	и	3,83	25
12,5	СВП-27	М3	30
14,0	п	4,78	28
15,0	и	4,88	28

2.04. Для упрощенного расчета плотности установки крепи и выбора типа спецпрофиля рекомендуется график (рис. 3), где по оси ординат обозначено нагрузка на 1 м выработки, а по оси абсцисс - плотность установки крепи. Заштрихованные площади обозначают рациональные области применения соответствующего типа спе-профиля в зависимости от поперечного сечения выработки.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ НА ОСАДКУ

В процессе эксплуатации под действием горного давления происходит уменьшение первоначального поперечного сечения выработки (рис. 4). Разница мелду площадью поперечного сечения выработки в свету 5₀ до осадки и после осадки S представляет искомый запас сечения вырзботя: на осадку д$ . Но рис. 4 показало возможное уменьшение высоты и ширины (на уровне вагонетки) выработки согласно нср.чатиьпц типовых сечений Ехгипроыахтэ.

10

R.pam/m

Рис. 4. Схема изменения площади поперечного сечения выработки в свету: а - трехзвеньевая крепь; б - пятизвеньевая крепь

3.01. В результате статистической обработки многочисленных данных шахтных измерений получена зависимость необходимой величины запаса сечения выработки на осадку от площади поперечного сечения выработки в свету S* глубины заложения выработки Н, сроке службы выработки Т, мощности пласта пг и крепости пород t .

Для упрощения вычислений Д5 эмпирические формулы переданы в номографическом виде (рис. 5 и 6).

Последовательность определения запаса сечения выработки но осадку с помощью номограммы представлена в виде ключа (рис. 5, а):

S~+oL—+H

3.02. В обобщенном виде пределы изменения рекомендованных плотности установки крепи и запаса сечения выработки на осадку приведены в табл. 2.

Таблица 2

Условия поддержания выработок В зове влияния очистных работ При подрвботие и вадрвботке . Постовые выработки вне зовы влияния очистных работ . . Породные выработки вае новы влияния очистных работ . •

Ренонсвдова иные паоаыетоы плотность, аапас сечении рам/ы на оевдку, 1г- 1.0-2.3 I.M.0 0,8-2.0 I.I-3.0 0,8-1,5 0.5-1,3 0,8-1,1 0.3-1,2

---

S d в и			К *S		m
	"	**■ 1 1	Г	■V
■		1 W» 1 1 1		V
		1 fJT '			i
: а		1 1 JV»	I	■ if i	\^A
гпг		Ww		l- <j.^
-—-—-------	1	—. J	—	- if*	-)
					ч i
и		1		■ V	U t ■
-8.1		*»-			’
		,»<o.	L	L	L, J
		ошгН-о.шЬв»-ояф

$-*ОЯО

б

р Н *

fU jm

f

_А$1 ?!-■ 1

■П

]« '

и •

I м

г t

i I

M*

»S ’ (1.856 • UDwS * 0.00IH ♦ 0.0551 ■ 0.059 m - 0.166fu

S-*№

Pmi* s Номограммы дли определения запаса ^ченин

выряботоя, испытываищих ^ВЛИ^*!® ?⁴i3^CT пт.^Риа“м-а ~ в зоне влиянии очистных р-збот, б - при кадра ботке и иодрчоотке

a

S d Г

aS H I

m

Г

-T|

I

I

J

«4

и •)

^VJ

i

i

i

i

«•

aS - Ш • OJDUS * 0.ШН • 0.0061* 0ЮЙ1П - 0066/пр 6

S    6.    ft    H    &S    T    I* .Hi    -    W    *11    4    •    -5    1    ".

Г [-« ‘ : 1 i f i ■ 1 j II* -« W ; •м J V М* 1 ! * 1 * 1 » ... и » [ • и • 1 /I 1! /1 LL «гИ -71 ш •м — 1 • р 1 * 1 : о L 1 - Щ

*S - 0.139 • 0025 S • Q0006H • (l.03ll • 0.08fy. S-0.69

Рис, 6. Номограммы для определения золаса сечения выработок вне зоны влияния очистных работ: а - пластовых; б - породнах

3.03. В качестве примера приводится решение задачи.

Дли крепления штрека, проводимого по пласту Четвертому мощностью 1,5 и, проектом принята металлическая арочная крепь из сиецпрофиля. По условиям вентиляции и размещения подвижного состава подземного транспорта за весь срок эксплуатации Т (10 лет) площадь поперечного сечения выработки в свету 5 должна быть не менее 11,2 м*^-.

Горный массив, вмещающий выработку, представлен перемежающимися аргиллитами и алевролитами средней крепости f, равной 4. Выработка, располагается но глубине бпо м и будет испытывать влияние очистных робот.

Определить оптимальные параметры крепления.

Решение. На основании заданных условий и характеристики выработки ( S *= II,2 м², Н * 600 м, /= 4, /п* 1,5 м) по номограмме (рис. I, а) неодим нагрузку на I м выработки (Р = 36 т).

Используя графики (рис. 3), находим необходимую плотность установки крепи и типоразмер спецпрофиля. В соответствии с графиком плотность установки крепи выработки составит 1,3 рямы/м, конструкция арки выполняется из спецпрофиля СВП-27.

Необходимый запас сечения выработки на осадку определяется по номограмме (рис. 5, а).

По заданному сечению выработки в свету после осадки S, равном 11,2 м², и найденному по номограмме AS, равном 2,1 м², находим первоначальное (до осадки) сечение выработки в све^у S₀ = S + AS* II,2 + 2,1 = 13,3 м².

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ КОРРЕКТИРОВКИ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЙ

Методика разработана применительно к условиям шахт комбината Воркутауголь. Эту методику можно использовать также на шихтах комбината Интаугсль и других бассейнов при соответствующих поправках коэффициентов доплат к заработной плате, условно- постоянных расходов по забою, з также стоимости материалов.

4.01. Эффект от умеиьпсния плотности установки металлической крепи в горних зыработках определяется по формуле

где /Yj и Л/₂ - количество крепежных рам ни I и выработки в базисной и предлагаемом вариантах;

Н_Кр - норма выработки в смену пн крепление металлической крепью, рим/чел;

7,5 - тарифная ставка в смену лроходчика-крепилыцика,

РУб.;

5,2 - коэффициент доплат длн определения полной зарплаты;

1,09 - коэффициент, учитывающий начисления на зарплату; lij и Ug ” расход металла на I ы выработки в базисной и предлагаемом вариантах, т;

Ц - цена I т металлической крепи, руб.;

П - условно-постоянные расходы по забою в месяц,руб.; Vi и \^2 - скорость проведении выработки в базисном и np v* лагоемом вариантах, м/мсс.

^V2 ⁼

Величина принимается фактической, а У₂ рассчия*вается но формуле

, u/uec,

кр

ком

где И_ком - комплексная норма выработки в смену в базисном варианте, м/чел.

4.02. При определении эффективности от замени тяжелого спсц-лрофиля более легким расчет ведется на одну раму по формуле

э₂ * И₂ (I -    руб.,

^У2

где М₂ “ расход металла на изготовление одной рамы из тяжелого споцирофилп, т;

^и ^2 “ ^вес * ^u металлопроката соответственно из легкого и тяжелого спецпрофиля, кг; и_м - цена I т металлопроката, руб.

4.03. Эффект от уменьшения запаса площади сечения виработк на податливость металлической крепи в расчете н 1 ы находится по формуле

Э₃ = (*„ 7,5 t d_n 6,75) AS 3,2 • 1,09 ♦ П (-£- t -£г-^),РУ<5,

' W

где и t_n - трудоемкость бурения и погрузки горной массы,нор-ма-дни/м²;

7,50 и 6,75 - ставки, соответствующие тарификации работ по бурению и погрузке горной массы, руб./норма-день;

- уменьшение площади сечения выработки ''вчерне", м²;

V

м/мес;

1 -dS(<!_в ♦ t„) н

ком

комплексная норма выработки в смену после ствления мероприятий, м/чел.

U

ком

осуще-

^2 ^и ^3 “ скорость проведения выработки соответственно без уменьшения и с уменьшением площади сечения, м/мес;

Литература

1.    Мероприятия по техническому перевооружению шахт комбинатов Воркутауголь и Интауголь с целью повышения производительности труда в соответствии с Директивами ХШ съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на I97I-I975 гг. Фонды ПечорНИУИ. Воркута, 1971.

2.    Унифицированные типовые сечения горных выработок. Том X. Изд-во "Будивелышк". Киев, 1971.

3.    Калимсв Ю.И., Шишкин В.П. Николаева Л.А. Физико-механические свойства горных пород Воркутского месторождения. Коми книжное издательство. Сыктывкар, 1969.

Стр.

Введение .................. 3

1.    Условие применения металлической арочной

крепи • ................. 3

2.    Определение плотности установки крепи и

типоразмера спецпрофиля ......... 7

3.    Определение запаса сечения выработки на

осадку................. 10

А. Методика расчета экономической эффективности от корректировки    параметров крепления 15

Литература................. 17

Ответственный за выпуск канд.техн.наун В.Н.Левчук

Подписано к печати 5.1У 1972 г.

Псч. л. 0,8 Тираж 150 Заказ 361

Ротапринт ПечорНИУИ

УДК 622.281.5:622.268.13

Инструкция но определению оптимальных параметров крепления подготовительных выработок металлической арочной крепью па шахтах Печорского угольного бассейна. Воркуте, 1972. Стр. 1-18.

В инструкции кратко описаны условия применения металлической арочной крепи, произведен анализ фактических параметров крепления по сравнению с нормативными.

Даны рекомендации по определению оптимальной плотности установки металлической крепи и запасу сечения выработок на осадку. Описана методика расчета экономической эффективности от корректировки параметров крепления.

Инструкция рассчитана на инженерно-технических работников шахт Печорского угольного бассейна, а такье на работников проектных и научно-исследовательских организации.

Инструкция составлена кандидатами технических наук Ю.Ю.Рыбаковым, В.Н.Девчуком и инк. А.А. Френкелем.

Иллюстраций 6, таблиц 2.

В настоящее время металлическая арочная крепь из спедпрофиля на угольных шахтах страны является основный видои крепи подготовительных выработок. В Печорском бассейне металлическую крепь вперьые начали применять о 1951 г. на шахтах Воркуты. Однако в течение I95I-I953 гг. металлической крепью закреплено немногим более 100 м выработок. В дальнейшем объем применения металлической крепи возрос и в течение I96I-I970 гг. протяженность подготовительных выработок, закрепленных металлической крепью (без анкерной), увеличилась,достигнув к 1971 г. 207,9 км, или 17,2 ft от общей протяженности поддерживаемых подготовительных выработок.

В соответствии с мероприятиями по техническому перевооружение шахт [I] к концу текущей пятилетки (1971-1975 гг.) удельный объем применения металлической крепи предполагается довести до &\ ft от протяженное™ поддерживаемых выработок (без нарезных). Для этого необходимо ежегодно крепить металлической крепью в среднем по бассейну 120 км выработок, что потребует около 50 тыс. т металлической крепи на сумму более 8 млн. руб. При таких размерах финансовых вложений рациональное использование металлической крепи приобретает актуальное значение. Поэтому мероприятия по целесообразному использованию металлической крепи нуждаются в продуманных технических решениях и обосновании экономической эффективности.

При решении этого вопроса первостепенныо задачи заключаются в выборе оптимальной плотности установки крепи, соответствующего типоразмера спедпрофиля и запаса сечения выработки на осадку.

До недавнего времени на шахтах Печорского бассейна при составлении паспортов крепления подготовительных выработок металлической крепью руководствовались нормативно-техническими указаниями, изложенными в "Типовых сечениях горных выработок" (том JП, 1961 г.), в которых приведены паспортные данные металлической арочной крепи из взаимозаменяемого спецпрофиля СВП-27 для выработок сечением в свету после осадки от 7,5 до 13,5 м^ (сечения в свету выработок дс осадки не указаны). Плотность установки крепи определяется в зависимости от коэффициента крепости пород от 3 до 6 по лроф. М. а. Протодьяконоьу, а запас сечения выработки на осадку - от мощности угольного пласта, которая изменяется от 0,7

3

до 1,3 м. Эти факторы, определяющие выбор основных параметров крепи, не отвечали условиям крепления и поддержания подготовительных выработок шахт комбината Воркутауголь.

В 1966 г. Южгипрошахтом разработаны и совместным совещанием Госстроя СССР и Министерства угольной промышленности СССР от 24.IU 1967 г. утверждены новые типовые сечения горных выработок с металлической арочной крепью [2]. Новые типовые сечения Юасгипрошах-та с 15.IX 1970 г. введены в действие на шахтах комбината Воркутауголь. Новыми типовыми сечениями улучшены параметры креплении подготовительных выработок металлической арочной крепью.

Однако технические положения новых типовых сечений пока носят общий характер и нуждаются в конкретизации для более эффективного применения в местных горногеологических и производственно-технических условиях Печорского бассейна.

Новые типовые сечения составлены без учота изменения глубин заложения выработок, конкретной мощности и углов падения пласта, вадработки и подработки, а также срока службы выработок.

Согласно новым нормативам выработки, подверженные влиянию очистных работ, должны проходиться с первоначальной площадью поперечного сечения но 1,2-5,4 м^ больше сечения, предусмотренного Правилами техники безопасности и эксплуатации. Такой значительный диапазон запаса сечения нуждается в более четкой конкретизации, поскольку небольшие отступления от оптимальной нормы приводят к значительным дополнительным затратам.

Из анализа фактического применения металлической крепи на шахтах Печорского угольного бассейна видно, что по сосг шию на I.I 1970 г. плотность установки крепи только 15 % поддерживаемых выработок соответствует нормативным техническим положениям. Большинство же выработок закреплено при неизменной плотности 1,5 рамы на I м без учета различий в сечениях выработок, глубины заложения и крепости вмещающих пород. В соответствии с типоразмерами применяемого спецпрофиля 50 % выработок (вместо более легких типоразмеров СВП-22 и СВП-17) закреплено самым тяжелым типои СВП-27.

В инструкции даны технические рекомендации но определению оптимальной плотности установки крепи и запасу сечения выработок в конкретных условиях их проведения и поддержании. Область применения рекомендаций распространяется нэ основные (пластовые и породные) выработки, расположенные на глубинах до SCO м.

1.01.    Горногеологичесние условия проведения и поддержания подготовительных выработок шахт Воркутского месторождения на обычных глубинах (до 600 и) можно считать благоприятными по устойчивости горного массива. По породам средней устойчивости и устойчивым проводится болое 80 f выработок. На более глубоких горизонтах устойчивость породного массива снижается вследствие изменения характера и интенсивности проявлений горного давления.

Средний литологический состав горных пород, вскрытых выработками действующих и строящихся шахт, представлен песчаниками, составляющими 36 %, алевролитами - 27 аргиллитами - 32 %, конгломератами - 1 % и углями - 4

По прочностным показателям большинство пород наиболее угленосного пакета /V Воркутского месторождения относится к породим средней и выше средней крепости [3J.

Структура горного массива месторождения осложняется сближенностью угольных пластов, частым чередованием слоев различных литологических разностей пород, отличающихся как по мощности - от 4 до II м, так и по коэффициенту крепости - от 3 до 9, а также тремя основными системами трещиноватости, разбивающей горный массив на блоки различной формы и размеров.

1.02.    Исследованиями ПечорИИУИ установлены основные закономерности проявлений горного давления:

и

на обычных глубинах сближение пород почвы кровли выработок, подверженных влиянию очистных работ, достигает 250-350 мм, а в выработках вне зоны влияния очистных работ - 50-80 мм;

нз глубоких горизонтах (свыше 700 м) горной давленио проявляется более интенсивно. Сдвижение пород ь зоне влияния очистных работ достигает 500 мм и более, а в одиночных выработках - 120-150 мм;

пучение лоч*ы наблюдается в слабых породах (аргиллитах и алевролитах) под влиянием горного давления или обводненности пород. Ьеличика пучения достигает С,5-0,7 и (шахта "Северная"), а в отдельных случаях ъ зоне геологических нарушении (ша/.тэ "Юр-Сер") - 1,5 и;

сдвижение пород по периметру выработки проявляется неравномерно. Вне зоны влияния очистных работ отношение вертикального сдвижения к боковому колеблется от 2 до 10. В зоне влияния очистных работ боковое сдвижение заметно возрастает, достигая 200-300 мм.

1.03.    Естественные условия шахт Воркутокого месторождени я характеризуются наличием пластов, опасных по горным ударам. Это накладывает определенные ограничения при выборе креп/, для этажных штреков, проводимых узким забоем ("Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по горным ударам",§ 22).

В настоящее время к угрожаемым по горным ударам*отнесены пласты Тройной и Четвертый (шахта te 1) соответственно ниже отметок —*♦00 и -238 м, Тройной и Четвертый (шахта "Северная") ниже отметки -345 м, Четвертый (шахте № 40) ниже отметки -255 м, Мот 'Й (шахты fe 17 и 18) ниже отметок соответственно +50 и +15 м, Тройной и Четвертый (шахты Vs 25, 26, "Заполярная", "Up-lliop") ниже отметок соответственно +50, -145, -95 и -15 м, Мощный (шахты "Центральная" и "Промышленная") ниже отметок соответственно -80 и +40 м.

К опасным по горным ударом отнесены пласты Мощный (шахты к 17, 18, "Центральная", "Промышленная) ниже отметок соответственно -270, -65, -280 и -350 м. Тройной (шахта № 40) ниже отмотки -255 м. Наличие динамических проявлений определяет необходимость применения металлической крепи в первую очередь в этих условиях.

1.04.    Горнотехнические условия проведения основных подготовительных выработок с металлической крепью характеризуются тем, что:

влиянию очистных работ подвержено 85 % выработок;

выработки со значительным сроком службы (более 10 лет) составляют около 49 %;

по глубин* заложения до 300 м располагается около 17 % от общей протяженности поддерживаемых выработок соответственно в интервале глубин 300-600 м - 60 % и на глубине свыше 600 м 20 %;

ц

Протокол заседания комиссии по горным ударам от 30.X 1971 г. при комбинате Воркутауголь, созданной в соответствии с п. 4 "Инструкция по горным ударам".

6

охрана подготовительных выработок от влияния очистных работ осуществляется угольными целиками размером от 10 до 70 м и более, а при одинарном подготовке выемочных участков применяются различные способы бесцеликовой охрены;

по технологическом:/ назначению и видам около 75 % составляют горизонтальные выработки, в том числе 57 % - штреки и 18 %-квершлаги и полевые штреки.

По плоиади поперечного сечения в свету выработки отличаются большим разнообразием - от 5 до 20 м^. Средневзвешенное сечение составляет 10,7 ы£.

При проведении болео 70 % основных выработок отбойка горной массы производится буро-взрывным способом. Со смешанным забоем проходится около 78 % основных выработок.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ УСТАНОВКИ КРЕПИ И ТИПОРАЗМЕРА СЛЕЦПРОФИЛН

2*01. Но степени влияния очистных работ подготовительные выработки разделены на четыре группы: к первой группе относятся выработки, находящиеся в зоне влияния очистных работ собственного пласта, ко второй - надработываемь» и подрабатываемые смежными пластами, к третьей - пластовые выработки вне зоны влияния очистных работ и в зоне установившегося горного дзвленип и к четвертой группе - породные выработки вне зоны влияния очистных работ.

2.02. В результате оо'работки данных инструментальных замеров методом множественной корреляции получены эмпирические зависимости нагрузки на крепь от площади поперечного сечения выработки в свету 5» глубины заложения выработки Н, крепости вмещающих выработку пород / и мощности пласта т .

Для удобства использования эмпирические формулы по определению а»грузки на крепь от горного давлении представлены в виде номограмм (рис. 1 и 2).

Последовательность определении нагрузки на крепь вгроботки с помощью номограмм представлена в виде ключа (рис. 1, а):

5—*<*—Н сС ■—*Р —+№■

P-5.o5i-woS-одеон чем -?.Ц*

S • * 1.50 ГД» сищ 1 .«UIS 1 ûà б $ d Н m (* ■и». - а т - V nj: * - VK i: • J к» - * м 1 - 411 л - «0 - - 7 тн и « : ♦ ■ 1.0“ L ■J И

р-еда-W2aS-o.uo5H-аз<.ит-гдео}-

S'10,50

Рис. 1_% Номограммы для определения нагрузки на I м выработки. испытываюцоН влияние очистных работ: а - в зоне влияния очистных работ; б - при наработке и подработке

о

В

s

-«5*

е*

«

•if

19

I»

41

d

Р И.Р m

:;г- -ч 46 W ■ад ■3 и» Vi - г т- ч* з -и -1 <-

P*-Q057 ♦tSMS *fl.OHH ⁴ 5.670ГП - 1500Jn# S' 430

Рис. 2. Номогрзиш для определения нагрузки из 1 и выработки вне зоны ьлилния очистных робот: а - пластовых; б - породных

P'ftJiO'WS ^ 0.0i?H -2,280/.* S i«0