МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВНИМИ

УКАЗАНИЯ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКЦИИ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ И ПРИСТВОЛЬНЫХ КАМЕР НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ В ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО И СТАХАНОВО-ПЕРВОМАИСКОГО РАЙОНОВ ДОНБАССА

Ленинград

1 981

Министерство угольной промышленности СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА В Н И М И

Утверждаю Первый заместитель министра

УКАЗАНИЯ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКЦИЙ КРЕПЕЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ И ПРИСТВОЛЬНЫХ КАМЕР НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ В ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО И СТАХАНОВО-ПЕРВОМАЙСКОГО РАЙОНОВ

ДОНБАССА

Ленинград

1981

Рис. 1. Типовые варианты схем расположения сопряжений и приствольных камер:

1, II, III, 1У - зоны сопряжения; 1 - приствольные камеры; 2 - сопряжения

Каждый из указанных участков ствола может находиться в одном из типов горногеологических условий, приведенных в п. 2. 3.

Последние входят в функциональные зависимости расчетной схемы, применяемой в настоящих Указаниях.

2. 7. Расчетную глубину Н_р расположения рассматриваемого сечения крепи следует определять по формуле;

Н_р = К-Н ,    (1)

где Н - фактическая глубина рассматриваемого сечения, м; К -коэффициент, учитывающий отличие напряженного состояния массива пород от веса налегающей толщи пород до поверхности и определяемый на основании данных специальных исследований; если они отсутствуют, то К = 1.

2. 8. Расчетное сопротивление пород одноосному сжатию в массиве при определении нагрузок на крепь ствола следует определять по формуле :

*сж=*'^кс’    <²>

где В - среднее значение сопротивления пород сжатию, устанавливаемое экспериментально по результатам испытаний образцов пород, МПа; - коэффициент, учитывающий дополнительную нарушен-ность массива пород поверхностями ослабления без сцепления, либо с малой связностью (зеркала скольжения, трещины, глинистые прослои и т. л.) под воздействием тектонических сил, выветривания и других процессов, определяемый по пл. 2.9, 2.10 настоящих Указаний,

2. 9. На стадии ТЭО следует определять по материалам геологической разведки, согласно табл. 3, по общей характеристике дизъюнктивной нарушенности массива пород в районе расположения выработки.

ТаблицаЗ    Таблица4

Характеристика	Среднее расстояние
дизъюнктивной нарушенности	Кс между поверхностями	Кс
массива пород	ослабления пород, м
Отсутствие нарушений	1 Более 1,5.....	0,9
Наличие мелкоамплитудных	От 1,5 до 1 . . . .	0,8
(до 10 м) нарушений . . .	0,8 От 1 до 0,5 . . . .	0,6
Наличие нарушений с ампли	От 0,5 до 0,1 . . .	0,4
тудой более 10 м.....	0,6 Менее 0,1.....	0,2
Зона дробления и смятия
пород непосредственно в зо
не самого нарушения. . . .	о.з

2. 10. При разработке технического проекта К_с определяется на основании данных инженерно-геологических изысканий по среднему расстоянию между поверхностями ослабления пород без сцепления или малой связностью, согласно табл. 4.

12

2. 11. За расчетную мощность пласта надлежит принимать модн ность пласта по нормали к напластованию.

2. 12. При проходке ствола по совмещенной схеме расчетную высоту заходки V следует определять из выражения:

(3)

где V ₀ - высота опалубки, м;    V _в    - протяженность участка мас

сива ниже забоя, в пределах которого происходят скрытые смещения пород к оси ствола; допускается принимать Ь_ъ ~ 0,5 Ь₀.

Определение расчетной высоты заходки в остальных случаях должно производиться на основании графика производства работ по проходке и возведению крепи.

2. 13. Вес толщи вышележащих пород следует определять по средней объемной плотности пород 7¹ п ^в пределах рассматриваемого слоя, принимая ее равной 2600 кг/м^э.

2. 14. Коэффициент Пуассона V и коэффициент бокового распора Л устанавливаются по данным экспериментальных исследований проводимых в соответствии с Методическими указаниями по определению механических свойств горных пород геологическими и изыскательскими организациями Минутлепрома СССР (Л. , 1977. Минут л ел ром СССР, ВНИМИ) и Руководством по испытанию горных пород на боковой распор (Л. , 1969, Минутлепром СССР, ВНИМИ).

2. 15. Коэффициент пластичности П горной породы, представляющий собой отношение общей предельной деформации к упругой, для условий одноосного сжатия образца должен определяться на основании данных экспериментальных исследований, выполняемых в соответствии с Методическими указаниями по определению механических свойств горных пород геологическими и изыскательскими организациями Минуглепрома СССР (Л. , 1977. Минут леп ром СССР, ВНИМИ).

При отсутствии данных экспериментальных исследований допус-принимать коэффициент пластичности равным: для глинистых сланцев - 2,3; для пес чан о—глинистых сланцев - 2; для песчаников - 1,5.

2. 16. Предельная деформация горной породы определяется на жестком прессе в соответствии с Рекомендациями по методам определения запредельных характеристик горных пород при одноосном и трехосном сжатии (Л. , 1980. Минуглепром СССР, ВНИМИ).

Если невозможно определить предельную деформацию горной породы экспериментальным способом, то этот показатель следует определять по формуле:

z = П-_В_ .    (4)

^Еп Е_с

2. 17. Коэффициент бокового распора горной породы определяете ся в зависимости от глубины. Для этого испытания образцов в стд-билометре необходимо производить при осевых давлениях, соответ-

13

ствующих глубине залегания породного слоя, и запрещенной боковой деформации.

2. 18. Для предварительных расчетов коэффициент бокового распора надлежит определять по формуле И. В. Родина:

А.- ^Хо^{+ (}H^L)2* ⁽³-²Н ^),(1 “ ^Хо⁾'    ⁽⁵⁾

п    п

где Н - глубина расположения пластической зоны, в которой достигается гидростатическое распределение напряжений!; \    - коэффи

циент бокового распора на малой глубине, принимаемый равным: для глинистых сланцев - 0,25; для песчано-глинистых сланцев -0,19; для песчаников - 0,11.

Глубину расположения пластической зоны определяют в лабораторных условиях в соответствии с п. 2. 14. Для ориентировочных расчетов глубину пластической зоны следует принимать равной: для глинистых сланцев - 2000 м; для песчано-глинистых - 3000 м.

2. 19. Определение обобщенного реологического параметра %//Ь* отражающего степень снижения мгновенного модуля упругости при полной реализации реологических свойств горной породы, необходимо производить по программе, разработанной ИГТМ АН УССР.

Для ориентировочных расчетов среднюю величину обобщенного реологического показателя К / (3 для различных литологических разностей следует принимать по табл. 1.

2. 20. Предельная (окружная) деформация крепи ствола на протяженном участке должна определяться на основании ее механической характеристики, представляющей собой зависимость радиальных перемещений крепи от возрастающей ступенями равномерно распределенной нагрузки.

2. 21. При отсутствии механической характеристики крепи предельную деформацию последней следует определять по механической) характеристике материала, из которого изготовлена крепь. В этом случае предельная деформация крепи Ь _к приравнивается к предельной деформации материала крепи & .

2. 22. Для бетонов и железобетона, применяемых при сооружении стволов, независимо от призменной прочности бетона, его предельную относительную сжимаемость при длительном возрастании нагрузки надлежит принимать равной    ^в 600*10-5.

2. 23. Предельную деформацию крепи из металлических тюбингов следует находить с учетом уплотнения тампонажного кольца по формуле:

е (R/) +

где £.(&)- предельная деформация материала крепи, соответ-

ствуюшая расчетному сопротивлению R , определяемому в соответствии с требованиями СНиП П-В. 3-72; 0_К - средняя толщина тампонажного кольца.

1ч

Величину £ (R,) устанавливают по механической характеристике материала крепи ' 6 - с Для расчетов предельной деформации крепи из чугунных тюбингов надлежит пользоваться механической характеристикой чугуна марки СЧ-21-40, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Механическая характеристика серого чугуна марки СЧ-21-40

2.    24. Расчетные значения приведенных в табл. 2 показателей механических и реологических свойств горных пород, следует определять по результатам испытаний породных образцов в соответствии с ГОСТ 20522-75.

3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

3.    1. В рассматриваемых горногеологических условиях установлены особенности проявления горного давления, которые необходимо учитывать при проектировании крепи и ее возведении:

-    региональность проявления горного давления;

-    высокая неравномерность распределения нагрузок и деформаций крепи по контуру;

-    специфика деформирования породных стенок в горногеологичест ких условиях II типа;

-    повышенное проявление реологических свойств горных пород на крутом падении;

-    своеобразные формы разрушения крепи.

15

3. 2. Региональность проявления горного давления состоит в том, что повышенные нагрузки в рассматриваемых условиях испытывают участки ствола в слоях слабых глинистых пород, склонных к пластическому выдавливанию. Как правило, интенсивное выдавливание наблюдается в том случае, если слой слабой породы находится между двумя слоями более прочных пород. Такие участки толщи следует считать наиболее опасными с точки зрения вероятности разрушения крепи.

3. 3. В зоне пересечения стволом слабого пластичного слоя, находящегося между двумя прочными и мощными слоями, наблюдаются следующие особенности проявлений горного давления:

а)    интенсивное перемещение стенок ствола внутрь выработки;

б)    существенная неравномерность коэффициента концентрации окружных сжимающих напряжений, изменяющегося от 2 до 4 в одном сечении;

в)    существенное перераспределение окружных напряжений в крепи от равномерного, приуроченного к прочным слоям с коэффициентом неравномерности и) = 1, к неравномерному, с коэффициентом Сл) ^е Ю, вплоть до появления в крепи растягивающих напряжений;

г)    появление в крепи изгибающих моментов разного знака, приводящих к возникновению в ней растягивающих напряжений и значительному увеличению сжимающих.

Перемещения пород вкрест простирания пласта превышают перемещения по простиранию. Причем со стороны падения смещения стенок в 1,3 - 1,5 раза больше, чем со стороны восстания. Такое соотношение в смешениях характерно, в основном, для горногеологических условий П типа.

Резкая неравномерность радиальных смещений приводит к неодинаковой разгрузке массива и развитию вокруг ствола асимметричного поля напряжений. Для горногеологических условий I типа характерно сравнительно равномерное смещение пород.

Общей закономерностью регионального деформирования вмещающих слабых глинистых пород является существенное влияние мощности пласта и угла залегания на величины возникающих в крепи напряжений. Поэтому при расчете крепи в зоне пересечения слоя слабых глинистых пород не всегда допустимо применение формулы Ляме.

3. 4. Для условий крутого падения в горногеологических условиях П типа характерен своеобразный прогиб слоев, наблюдаемый со стороны падения. При этом происходит расслоение породных слоев, слагающих стенку со стороны падения. В образовавшиеся щели попадает вода и дополнительно увлажняет породы, в результате чего снижается их устойчивость со стороны падения, где , как правило, происходят вывалы.

Указанное различие в устойчивости породных стенок со стороны падения и восстания следует учитывать при упрочнении окружающих *юрод.

3. 5. Процесс взаимодействия системы * бетонная крепь-порода* во времени следует разделять на два периода. Первый характеризуетг-ся интенсивным ростом смешений и нагрузок на крепь; второй -сравнительно медленным увеличением смешений и нагрузок на крепь до момента ее разрушения.

3. 6. Максимальные величины скоростей радиальных смешений закрепленных бетоном стенок ствола в районах пересечения слоев слабых глинистых пород R 40 МПа во II период деформирования должны назначаться по табл. 5, в которой даны величины этих скоростей в интервале глубин 500-2100 м (мм/год) в условиях Центрального и Стаханово-Первомайского районов Донбасса.

Значения скоростей смешений на глубинах, не указанных в табл. 5, находят при помощи линейной интерполяции. Для пластов мощностью больше 4 м скорость смешения следует принимать как для слоя мощностью 4 м.

Таблица 5

Мощ- Г Л у б Е [ н а з а л < е г a j £ И Я ело е в, м ность слоя, м 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 0,5 0,01 0,01 0,03 0,1 0.1 0,2 0,3 0,3 0,4 1 0,01 0.1 0,3 0,5 0,7 0,9 1.2 1,3 1.S 1,5 0,1 0,4 0.7 1,2 1,6 2,1 2.6 2,9 3,2 2 0.3 0,8 1.4 2.1 2,9 3,7 4.4 5 5,5 2,5 0,5 1,3 2.2 3,3 4,4 5,6 6,6 7,6 8,2 3 0,9 1.9 3,2 4,7 6,3 7,8 9,3 10,5 11,4 3,5 1.3 2.7 4,8 6,3 8.4 10,4 12,3 14,8 , 16 4 1.8 3,6 5,7 8.1 10,7 13,3 15,7 17,7 19,2

3. 7. По степени нагружешюсти и особенностям напряженно-деформированного состояния крепи в сопряжении ствола с горизонтальными выработками околострольного двора следует выделить, как показано на рис. 3, четыре зоны:

I - примыкания ствола к своду горизонтальной выработки;

П - то же к почве горизонтальной выработки;

Ш - ослабленного сечения ствола;

1У - свода горизонтальной выработки.

3, 8. В районе примыкания зоны 1 к зоне Ш сопряжения коэффициент концентрации сжимающих напряжений необходимо принимать равным 2.

3. 9. В породах Ш зоны происходит уменьшение окружных сжимающих напряжений в 2 раза по сравнению с протяженной частью, что приводит к увеличению смешений породных стенок внутрь ствола и увеличению нагрузок на крепь сопряжения. Поэтому при расчете нагрузок на крепь необходимо принимать коэффициент концентрации окружных напряжений такой же, как в п. 3. 8.

17

3. 10. При проектировании камер с плоскими стенками и вытянутостью вдоль оси ствола от 0,5 до 2/Iq (Д₀ - диаметр ствола) надлежит учитывать снижение устойчивости породных стенок камеры в узлах примыкания их к стволу и повышение коэффициента концентрации напряжений в угловых зонах соответственно от 2 до 4.

3. 11. В углах забоя камеры и сопряжения, когда забой сопряжения (в период строительства) расположен вблизи ствола, имеет место возникающее вследствие взаимного влияния отвода и камеры (сопряжения) увеличение вертикальных напряжений в породах в 2-3 раза.

Для увеличения устойчивости породных стенок длина примыкающей выработки должна быть не менее 2 J1 .

3. 12. Типичные виды деформаций крепи стволов на протяженны^ участках, камер и сопряжений приведены соответственно на рис. 4,

5 и 6,

Разрушение бетонной крепи ствола начинается с внутренней поверхности. Вначале на стенке возникают вертикальные и наклонные трещины небольшой протяженности. В условиях крутого падения они появляются прежде всего со стороны падения и восстания. Длина трещин со временем увеличивается и разрушение бетона распространяется по периметру, примерно на 3-5 м со стороны как падения, так и восстания. Резкое уменьшение отпора крепи, вызванное разрушением бетона в направлении вкрест простирания, вызывает дальнейшее повреждение крепи по всему периметру.

Железобетонная крепь деформируется аналогично бетонной. Однако в этом случае не происходит выпадения больших кусков бетона^ так как разрушенный бетон продолжает удерживаться арматурой.

Наиболее характерной особенностью разрушения крепи камер с плоскими стенками является появление наклонных трещин. В слабых глинистых породах деформации проявляются в виде выдавливания подошвы камеры. Кроме того, встречаются своеобразные отрывы стенок камеры от крепи ствола.

Разрушение крепи сопряжений происходит во всех четырех зонах. Деформирование крепи в 1 и II зонах наблюдается в виде трещин, заколов и отслоений бетона. Разрушенные участки ориентируются, в основном, вдоль оси ствола.

PTM 12.58.002-81

Указания по определению параметров и конструкций    крепи вертикаль

ных стволов и приствольных камер на больших глубинах в горногеологических условиях    Центрального и

Стаханово-Первомайского районов Донбасса. Л. , 1981, 72 с. (М-во угольной лром-сти СССР, Всесоюа. ордена Трудового Красного Знамени науч.-исслед. ин-т горн, геомех. и маркшейд. дела)

Приведены методы расчета смешений боковых пород и нагрузок на крепь глубоких стволов, сопряжений и камер. Предложены методы расчета крепи. При этом сделана попытка рассмотрения крепи ствола, сопряжения и камеры как пространственной конструкции.

Предложена типизация горногеологических условий и для характерных типов рекомендованы конструкции крепи.

Указания составлены институтами ВЫ ИМИ, ВНИИОМШС, Днепрогипрошахт по заданию Минуглепрома СССР и предложены для проектных и шахтостроительных организаций, занимающихся проектированием, строительством и ремонтом глубоких шахт в Центральном и Стаханово-Первомайском районах Донбасса, а также в аналогичных условиях.

Ил. 24, табл. 23.

(с) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела ВНИМИ. 1981.

a - стволовой части; б - проема; в - свода

3 Ш зоне чаше всего происходит отслоение бетона. Сводовая часть 1У зоны сопряжения деформируется в меньшей степени.

Указанные особенности разрушения крепи существующих конструкций надлежит учитывать при создании новых типов крепи и разработке мероприятий по ремонту стволов.

4. РАСЧЕТ СМЕЩЕНИЙ ПОРОД И НАГРУЗОК НА КРЕПЬ

Основные положения

4. 1. Сведения о нагрузках на крепь и смешениях окружающих пород могут быть получены следующими путями:

- инструментальными измерениями в натурных условиях;

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей народнохозяйственной задачей, поставленной ЦК КПСС на 1980-1990 гг. является дальнейшее развитие угольной промышленности СССР. В частности, в связи с необходимостью увеличения добычи коксующихся углей в Донецком бассейне и отсутствием их запасов на верхних горизонтах, в ближайшие годы предусматривается наращивание мощностей шахт в Центральном районе Донбасса.

Сохранение и дальнейшее увеличение объемов добычи в этом районе связано с освоением глубин 1000-1300 и более метров. К 1980 году максимальная глубина горных работ достигла 930 м.

В связи с увеличением интенсивности проявления горного давления на больших глубинах становится все более важной проблема поддержания вертикальных стволов шахт. При этом чаше всего подвергаются разрушению наиболее ослабленные участки ствола - сопряжения с горизонтальными выработками околоствольного двора и камеры, непосредственно примыкающие к стволу (загрузки скипов, зумпфовых насосов и т. п. ). Положение усугубляется тем, что темпы проводимых капитальных ремонтов стволов недостаточны для обеспечения в ближайшие годы их удовлетворительного состояния на всех действующих шахтах.

Ежегодные затраты на поддержание одного эксплуатационного ствола Центрального района Донбасса достигают 100 тыс. р.

Аналогичное положение возникло и на ряде шахт Стаханово-Первомайского района.

Проектирование крепи стволов шахт для Центрального и Стаха-ново-Первомайского районов неприемлемо без достаточно обоснованных технических решений.

Между тем, действие общих нормативных документов СНиП П-М 4-65 и Указаний пс рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР (Минутлепрам СССР, ВНИМИ, Л. , 1978), в дальнейшем сокращенно называемых Указаниями (ВНИМИ, Л. , 1978), ограничено.

Последний из указанных документов содержит исходные данные для проектирования крепи, исключая участки с весьма неустойчивыми горными породами. В рассматриваемых же районах около 50% пород толщи карбона представлено глинистыми породами, относящимися на глубинах свыше 700 м к категории весьма неустойчивых согласно классификации пород, приведенной в Указаниях.

В упомянутых документах отсутствуют рекомендации по определению параметров крепи камер и сопряжений. Проектируемые вертикальные стволы, с примыкающими к ним горизонтальными выработками, на больших глубинах в условиях крутого падения представляют собой сложные сооружения.

3

Срок эксплуатации стволов рассматриваемых районов исчисляется десятилетиями. В этих условиях время оказывает существенное влияние, так как даже при малых напряжениях в слоях глинистых сланцев накапливаются большие неупругие деформации ползучести.

Реологическая направленность процессов проявления горного давления вызывает необходимость учета смещений окружающих пород при определении параметров крепи.

Традиционный подход к рассмотрению крепи стволов в условиях крутого падения как плоских систем неприемлем. Сказанное в равной степени относится к камерам и сопряжениям. С переходом на большие глубины необходим принципиально другой подход к выбору типов крепи. При выборе целесообразной конструкции крепи рекомендуется руководствоваться технико-экономическими соображениями, но при этом необходимо иметь в виду, что во всех случаях податливая крепь будет нести меньшую нагрузку, чем жесткая. Существенное значение для конструкций крепи выработок глубоких шахт имеет их форма.

Сказанное свидетельствует о том, что в таких условиях обоснованию исходных данных для расчета и выбору типов конструкций крепи должен предшествовать значительный объем экспериментальных работ с целью исследования параметров напряженно-деформированного состояния окружающих пород и крепи, вопросов концентрации напряжений, несущей способности и перераспределения усилий, связанных с развитием неупругиХ деформаций в элементах конструкций.

Настоящие Указания составлены по заданию Минуглепрома СССР (письмо Первого заместителя министра тов. В. В. Белого № 3-35-46/179 от 21. 04. 76 г.).

В настоящих Указаниях приведены методы расчета смещений боковых пород и нагрузок на крепь глубоких стволов, сопряжений и камер. Предложены методы расчета крепи. Причем сделана попытка рассмотрения крепи ствола, сопряжения и камеры как пространственной конструкции.

Предложена также типизация горногеологических условий и, для характерных типов, рекомендованы конструкции крепи.

Документ разработан на основании систематизации и обобщения многочисленных данных о фактическом состоянии крепи стволов, камер и сопряжений, шахтных инструментальных измерений, лабораторных исследований моделей методами фотомеханики, аналитических исследований, анализа опыта проектирования крепи и комплекса проектно-изыскательских работ.

Указания составлены В НИМ И (определение исходных данных для расчета параметров крепи); ВНИИОМШСом и Днепрогипро-шахтом (определение типов крепи, предложения по совершенствованию существующих и разработке новых конструкций). Они предназначены для проектных и шахтостроительных организаций, занимающихся проектированием, строительством и ремонтом стволов глубоких шахт в Центральном и Стаханово-Первомайском районах Донбасса, а также в аналогичных условиях.

4

1. ОБШИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Указания применяются при проектировании вертикальных стволов глубоких шахт, камер различного назначения (загрузки скипов, зумпфовых насосов и т. п. ), непосредственно примыкающих к стволу, и сопряжений ствола с горизонтальными выработками околоствольных дворов, а также при разработке мероприятий по предотвращению и ликвидации нарушений крепи перечисленных выработок.

1.2.    Указания распространяются на глубокие ^х вертикальные стволы различного назначения в Центральном и Стаханово-Перво-майском районах Донбасса и в аналогичных им районах при следующих условиях:

-    породы вскрываемой толщи представлены переслаивающимися слабыми глинистыми породами и песчаниками с сопротивлением одноосному сжатию 'в куске' не менее 7 МПа, относящимися к различным категориям устойчивости согласно классификации, приведенной в Указаниях ВНИМИ (Л. , 1978);

-    залегание пластов от пологого до крутого;

-    максимальная глубина ствола - 1700 м;

-    выработки находятся вне зон влияния очистных работ и охраняются предохранительными целиками, построенными в соответствии с действующими нормативными документами.

Выбор параметров крепи в условиях, отличающихся от указанных в п. 1. 2, производится на основе заключения специализированных научно-исследовательских институтов (ВНИМИ, ВНИИОМШС и др.).

1.3.    Проектирование глубоких вертикальных стволов должно производиться в соответствии с требованиями:

-    настоящих Указаний;

-    Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах;

-    Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт;

-    главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций;

-    главы СНиП по проектированию стальных конструкций;

-    главы СНиП по защите строительных конструкций и сооружений от коррозии;

-    ведомственных инструкций по проектированию предприятий угольной промышленности;

-    государственных стандартов на материалы крепи.

1. 4. При проектировании крепи на участках пересечения стволом пластов опасных по внезапным выбросам угля и газа следует руководствоваться Инструкцией по безопасному ведению горных работ по пластам, склонным к внезапным выбросам угля, пород и газа (М. : Недра, 1977).

^Х Понятие 'глубокий ствол' разъяснено в п. 2. 2-

5

1. 5. Проектирование крепи глубоких стволов следует выполнять с учетом соответствующих требований Инструкции по разработке проектов и смет для промышленного строительства (СН 202-76).

При этом следует предусматривать:

а)    разработку нескольких вариантов расположения ствола на пром-площадке, сопряжений и камер - по глубине;

б)    проведение методами механики сплошной среды, строительной механики и инженерных аналогий расчетов (для каждого варианта) по определению устойчивости стенок выработок, формы и размеров их поперечного сечения, величин смещений пород и нагрузок на крепь, конструкций и параметров крепи, с учетом мер охраны и защиты выработок, а также способов их сооружения;

в)    технико-экономическое с ранение показателей вариантов и принятие на их основе решения по минимальным суммарным затратам при строительстве и эксплуатации;

г)    установление возможности использования для проектируемых стволов, камер, примыкающих к ним, и сопряжений действующих типовых или унифицированных сечений;

д)    корректировку проекта на последующих стадиях его выполнения в случае отклонения физико-механических свойств пород, литологии и других данных в период строительства от принятых в качестве исходных при проектировании.

1.6. В проектах главных стволов глубоких шахт должна предусматриваться установка контрольно-измерительной аппаратуры для натурных наблюдений за работой крепи как в процессе строительства, так и в период их эксплуатации, для оценки состояния крепи.

Выбор конструкции и назначение количества контрольно-измерительной аппаратуры, а также ее размещение должны производиться по согласованию с научно-исследовательскими организациями (ВНИМИ, ВНИИОМШС).

Основные компоновочные и конструктивные требования

1. 7. При проектировании вертикальных стволов и примыкающих к ним выработок, следует соблюдать требования, обеспечивающие необходимую надежность, долговечность и заданные условия эксплуатации ствола в целом, а также отдельных его участков. Для этого необходимо:

а)    охранять глубокие стволы независимо от их назначения и сро

ка службы предохранительными целиками, построенными по граничным углам:    вопрос    о    сокращении    предохранительных    целиков    в

случаях, не предусмотренных Указаниями (Л., 1978, ВНИМИ), решается специализированными организациями;

б)    участки стволов ниже 700 м, независимо от размеров около-ствольных целиков, должны быть конструктивно защищены от вертикальных деформаций, определяемых по методике, изложенной в Указаниях (Л., 1978, ВНИМИ);

6

в)    камеры и сопряжения располагать, по возможности, в весьма устойчивы* и устойчивых породах вкрест простирания;

г)    околоствольные выработки в породах II категории устойчивости на протяжении от ствола не менее 30 м, а в породах III и 1У категорий - не менее 50 м, крепить жесткой крепью (в породах I категории тип крепи не регламентируется);

д)    не допускать разрушения околоствольных целиков погашаемых горизонтов, для чего погашаемые околоствольные выработки в породах I и II категорий на протяжении от ствола до 10 м, а в породах III и 1У категорий устойчивости - до 30 м, закладывать мелко-кусковатой породой на тампонажном растворе;

е)    располагать отдельные участки ствола, на которых ожидаются повышенные нагрузки, а также камеры и сопряжения, в предварительно разгруженной области массива, создаваемой путем надработки, щелей, скважин и т. д. ;

ж)    применять тампонаж закрепного пространства и упрочнение окружающих пород.

1. 8. Выбор формы и размеров поперечного сечения ствола, камер и сопряжений должен производиться исходя из конкретных горногеологических условий и соответствовать применяемому оборудованию. Конфигурацию указанных выработок необходимо предусматривать с наименьшим количеством уступов и переходов с одного сечения на другое.

1. 9, В проектах стволов, сооружаемых в обводненных массивах, надлежит предусматривать защиту от проникновения в ствол воды в соответствии с действующими нормативными документами по водо-подавлению; как правило, не допускать 'мокрую' консервацию сооружаемых глубоких стволов. 'Мокрая' консервация допустима только в случае, когда не обеспечивается вентиляция консервируемой части ствола сразу же после проходки.

1.    10. Для монолитной бетонной и железобетонной крепи должен предусматриваться тяжелый бетон марки не ниже М200, а для сборных железобетонных конструкций крепи - не ниже М300.

При наличии агрессивных вод нужно применять сульфатостойкие цементы и другие компоненты, устойчивые к агрессии.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ УСЛОВИЙ ПОДДЕРЖАНИЯ СТВОЛОВ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.    1. Вертикальные шахтные стволы, сопряжения примыкающих к ним выработок и камеры должны проектироваться на основе:

а)    данных, характеризующих условия сооружения и эксплуатации выработок согласно прил. 1 и 2;

б)    количественных показателей, характеризующих координаты и геометрические размеры выработок, физико-механические свойства вмещающих пород и крепи, технологию проходки выработки и возведения крепи.

При отсутствии перечисленных сведений проектирование выработок не допускается.

Классификация условий поддержания

2. 2. Условия эксплуатации вертикальных стволов включают комплекс горногеологических и горнотехнических факторов.

Важнейшим горногеологическим фактором следует считать глубину, определяющую характер деформирования пород вокруг ствола.

С позиций геомеханики под понятием 'глубокий ствол' следует понимать не физическую глубину, характеризующую протяженность ствола от земной поверхности, а глубину, на которой в стволе, на его отдельных участках, возникают такие специфические явления ^как выдавливание пород внутрь ствола, выбросы угля и газа, повышенные температуры и т. п.

Глубокими в рассматриваемых районах, в соответствии с Основными положениями по разработке проектов новых и реконструкции действующих шахт Донецкого бассейна на глубоких горизонтах (М. , 1971), принято считать 'угольные шахты с начальной глубиной вентиляционного горизонта 600 м на пологом и наклонном падении и 700 м - на крутом'.

2. 3. В зависимости от геологического строения, вещественного состава и физико-механических свойств пород необходимо выделять четыре типа горногеологических условий для дифференцированного выбора конструкций крепи.

К первому типу следует относить участки геологического разреза, представленные сравнительно однородной толщей глинистых, песчано-глинистых сланцев или песчаников. Для указанного типа характерны мощности слоев от 4-5 м и больше.

Второй тип представлен участками переслаивания глинистых, песчано-глинистых сланцев, песчаников и известняков с пластами и пропластками углей. Этот тип имеет наибольшую суммарную протяженность в разрезах стволов. Прочностные показатели пород слоев различаются между собой на 30% и более. Указанный тип характеризуется слоями мощностЫо от ОД до 5 м.

Участки с водоносными песчаниками и известняками выделены в третий тип горногеологических условий.

К четвертому типу следует относит*, участки толщи, вмещающие геологические нарушения.

2. 4. Для количественной классификации горных пород по реологическим свойствам следует применять обобщенный реологический показатель %//3 • разделяя породы на пять классов - в соответствии с данными табл. 1.

Среди горных пород (см. табл. 1), наиболее отчетливыми реологическими свойствами обладают слабые глинистые породы с со* противлением одноосному сжатию R < 30 МПа.

8

Таблица 1

Класс ползу чести Порода (петрографические признаки) Сопротивление пород одноосному сжатию R, МПа Обобщенный реологический показатель, X/J5 Сте пень ползу чести пород 1 Известняки, песчаники, песчанистые слайды, алевролиты на карбонатном и кремнисто-карбонатном цементе Более 100 До 0,16 Весьма слабая Г1 Песчаники, песчанистые сланцы и алевролиты, аргиллиты на кремнисто-глинистом и глинистокарбонатном цементе 50-100 0,16-0,25 Слабая Ш Песчаники, песчано-глинистые сланцы, алевролиты на слюдисто-карбонатно-глинистом и слюдисто-глинистом цементе, аргиллиты 30-50 0,25-0,4 Средняя 1У Выветренные песчаники, песчаноглинистые, глинистые, углистоглинистые сланцы, алевролиты на глинистом цементу, аргиллиты 15-30 0,4-0,63 Сильная У Глинистые сланцы, "кучерявчики* аргиллиты, уплотненные глины Менее 15 0,63-1,0 Весьма сильная

2. 5. По объемно-планировочным приз на хам в стволе следует выделять:

а)    протяженный участок (А на рис. 1);

б)    участок, сопрягающийся с различными выработками (сопряжения ствола с горизонтальными выработками околост вольного двора, Б-3 на рис. 1,и камерами различного назначения);

в)    участок, сопрягающийся с двумя и более выработками, оказывающими друг на друга взаимное влияние (см. рир. 1, Б-1, Б-2);

г)    участок околоствольного массива с двумя стволами, один из которых используется в качестве угольного бункера.

Первый участок находится вне зоны влияния сопряжений ствола с другими выработками и характеризуется сравнительно равномерным распределением напряжений в крепи. Для остальных участков характерна повышенная концентрация напряжений в крепи.

9