ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАПИТАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЗАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ ШАХТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

внииомшс

ВРЕМЕННАЯ ИНСТРУКЦИЯ

ПО РАСЧЕТУ И СООРУЖЕНИЮ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ УГЛУБКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

Харьков — 1969

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАПИТАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЗАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ ШАХТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

внииомшс

УТВЕРЖДАЮ Заместитель министра строительства предприятий тяжелой промышленности СССР Я. К. ЧУКСЕЕВ 20 июня 1968 г.

УТВЕРЖДАЮ Заместитель министра угольной промышленности СССР И. Я. ПОЛУЭКТОВ 10 нюня 1968 г.

---

ВРЕМЕННАЯ ИНСТРУКЦИЯ

ПО РАСЧЕТУ И СООРУЖЕНИЮ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ УГЛУБКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

Харьков — 1969

Несущая способность перекрытия из двутавровых балок должна рассчитываться на общую нагрузку, равную */г веса всего целика.

1.17.    В качестве расчетной схемы для определения несущей способности балок следует принимать балку, свободно опертую по конпам с сосредоточенной нагрузкой.

Расчет балок должен производиться с учетом пластических деформаций по формуле

р_

I '

где Р — несущая способность балки с учетом пластических деформаций, кг;

S_x — статический момент полусечения двутавра, см³;

о_т— предел текучести стали, кг/см²;

I — пролет балки, см.

Целик разрушается с образованием полости в форме неправильной усеченной пирамиды, нижнее основание которой повторяет нижнюю грань целика, а верхнее — площадку контакта подъемного сосуда и верхней грани.

При определении величины распределенной нагрузки от разрушенного породного целика на отдельные балки перекрытия следует принимать во внимание уменьшение нагрузки от площади контакта к периферии, а также увеличение несущей способности балок в связи с уменьшением пролета.

Примечание. В таблицах 2, 3 (приложение 4) приведены необходимые данные для определения конструкции нижнего перекрытия полка (номер двутавра, несущая способность балки и т. п.) для типовых сечений стволов. Схема размещения балок и количество рекомендуемого номера двутавра в перекрытии под целиком высотой 10 м приведены на рис. 12, 13 (приложение 4).

СООРУЖЕНИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ЦЕЛИКА

1.18.    При сооружении предохранительного целика необходимо нести буровзрывные работы таким образом, чтобы как можно меньше нарушить породный целик трещинами и получить сечение, наиболее близкое к проектному, с минимальной величиной переборов.

Для этого следует применять:

1)    метод, в основе которого лежит правильный выбор коэффициента сближения (отношения расстояния между оконтуривающимн шпурами к линии наименьшего сопротивления) или

2)    метод контурного взрывания с оставлением при заряжании оконтуривающих шпуров воздушного промежутка Ю

между зарядом и забойкой или заряжать такие шпуры патронами ВВ с продольной кумулятивной выемкой.

Рассредоточение зарядов путем оставления воздушных промежутков между частями заряда или заполнения этих промежутков инертными материалами, как и применение окоцтурирэющих шпуров уменьшенного диаметра, не разрешается.

Величина коэффициента сближения должна приниматься равной 0,6-f-0,8 — для песчано-глинистых сланцев и аналогичных по крепости и структуре пород; 0,75-г-1,0 — Для песчаников и других однородных, аналогичных по крепости пород.

Глубина шпуров должна применяться не более 1,0-т-1,3 л*.

Примечание. Последовательность ведения работ по оконтури-ванию целика и схемы расположения шпуров приведены в приложении 5.

1.19.    Непосредственно над поверхностью целика, между углубочным и эксплуатационным отделением, должна устанавливаться вертикальная стенка, высота которой определяется |ю формуле

.    , Н

Дв.СТ. - Дсос. I JQQ »

где Л_и.ст. — высота вертикальной стенки, м\

Лсос. — высота подъемного сосуда, м;

//—глубина ствола до целика, м.

Вертикальная стенка должна сооружаться из двутавровых балок, уложенных плашмя (рис. 2).

Расстояние по вертикали между осями соседних балок должно быть не более 0,7 м.

Для подъемных сосудов весом до Ют следует использовать двутавровые балки № 30, от 10 до 15 г — № 40.

Внутренняя сторона стенки должна быть обшита металлическим листом толщиной 10— 12 мм.

Минимальное расстояние от вертикальной стенки до подъемного сосуда должно быть не менее 20 см.

1.20.    Вертикальная грань целика на '/з высоты, считая от его верхней грани, должна крепиться двутавровыми балками. Конструкция этой крепи (номер двутавровой балки, их расположение и количество на 1 пог. м. по высоте) должна быть аналогичной с конструкцией вертикальной стенки. Вместо металлического листа толщиной 10—12 мм (и. 1,19) следует использовать металлическую сетку. Остальная часть вертикальной поверхности целика должна крепиться бетоном, армированным металлической сеткой или деревом.

1.21.    В случае необходимости разрешается использовать верхнюю часть целика для сооружения водосборника. Макси-

11

V 'ЭИс!

•зизж зодошэпу

QU3Cfj

мально допустимая емкость водосборника должна Определяться по формуле

где V_B — максимально допустимая емкость водосборника,

м^л\

d —диаметр ствола вчерне, м.

Запрещается сооружать вертикальную стенку зумпф-целика из бетона или железобетона.

Примечание. Примерная конструкция зумпф-целика приведена на рис. 4.

1.22. При необходимости бурения вертикальных скважин в теле целика для пропуска канатов подвесного проходческого полка, металлической опалубки и др. проходческого оборудования следует рассмотреть возможность использования для этой цели разведочных скважин определения физико-механи-чсских свойств пород целика.

Запрещается бурение таких скважин по периметру наиболее опасного сечения (п. 1.13), как и расположение их ближе, чем на 1,5—2,0 м друг от друга. При этом максимально допустимый диаметр скважин — 80 мм.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИСКУССТВЕННОГО ДВУХЭТАЖНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛКА

2.1.    Искусственный горизонтальный предохранительный полок следует сооружать в виде двухэтажной конструкции.

Верхний этаж полка рассчитывается на поглощение кинетической энергии падающего подъемного сосуда.

На расстоянии 1,5—2,0 м ниже первого этажа полка сооружается второй этаж, рассчитываемый на удержание подъемного сосуда и верхнего этажа полка при его работе в опасном режиме (при частичном или полном разрушении несущей части конструкции).

Общий вид горизонтального искусственного предохранительного полка представлен на рис. 5.

2.2.    Для расчетной схемы балок верхнего и нижнего этажей следует принимать балки, свободно опертые по краям.

Для верхнего этажа полка нагрузка считается равномерно распределенной по ширине подъемного сосуда.

Допустимая нагрузка на одну балку полка определяется выражением

-    «т^пл-0.125?./*

^ч,~ То ’

где <?2 — допустимая нагрузка на единицу длины балки, кг/см-,

q\ — вес единицы длины двутаровой балки и соответствующей части амортизирующей подушки, кг/см;

о_т— предел текучести материала балки, кг/см²;

W_m— момент сопротивления балки в стадии пластических деформаций, см³;

в — ширина подъемного оэсуда, см;

I — длина балки между опорами, см;

_ в (21- в)

К --_g-.

ooo    h    подушки
Рис. 5.

Временная инструкция содержит приближенный расчет несущей способности искусственного горизонтального полка и предохранительного целика. Конструкции, сооруженные в соответствии с этими расчетами, испытаны на опытно-экспериментальной шахте ВНИИОМШС.

При составлении указаний по расчету и сооружению искусственных полков были использованы работы кафедры строительной механики Московского горного института по расчету искусственных полков для условий Кузбасса и зарубежный опыт.

Предлагаемый способ расчета предохранительных целиков обоснован работами ВНИИОМШС, выполненными совместно с кафедрой строительной механики Харьковского инженерно-строительного института.

Инструкция рассмотрена и одобрена секцией проектирования и шахтного строительства научно-технического совета Министерства угольной промышленности СССР.

Инструкцию составили канд. техн. наук 10. П. Шутько и инженер И. Г. Могильная.

1. РАСЧЕТ И СООРУЖЕНИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО

ЦЕЛИКА

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Вопрос о сооружении предохранительного устройства для углубки вертикального ствола шахты в виде породного целика или искусственного полка должен решаться на основании их технико-экономического сравнения, выполненного с учетом всех особенностей конкретных условий.

1.2.    Предохранительные целики следует оставлять в породах с крепостью не ниже 4 по шкале проф. М. М. Протодья-конова. Породы целика не должны быть трещиноватыми. Оставление целика из пород нескольких видов не допускается, если высота нижнего пласта, входящего в состав пород целика, у крепи ствола составляет менее 0,6 его диаметра.

При уменьшении высоты нижнего слоя в нем возможно появление опасных напряжений при изгибе.

1.3.    При углубке ствола в породах с углом падения более 10° целик должен оставляться так, чтобы падение пород было направлено от вертикальной грани в сторону, противоположную углубочному отделению.

1.4.    Оценка несущей способности предохранительного целика должна включать в себя:

1)    изучение состава и состояния горных пород в месте предполагаемого сооружения целика. При этом используются данные маркшейдерской документации, полученные при проходке ствола, и результаты бурения разведочных скважин для определения физико-механических свойств пород целика.

При необходимости уточнения и дополнения исходных материалов осуществляется бурение в стенках ствола одной-двух контрольных скважин под углом 45° к горизонту;

2)    определение физико-механических свойств пород целика;

3)    определение потерь кинетической энергии свободно падающего подъемного сосуда на преодоление аэродинамических сопротивлений;

4)    расчет целика;

5)    расчет перекрытия, поддерживающего целик снизу.

з

1.5.    Буровзрывные работы по проходке участка ствола при оконтуривании предохранительного целика должны производиться по паспортам, составленным в оответствии с рекомендациями настоящей инструкции.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОДЫ ЦЕЛИКА

1.6.    Физико-механические свойства породы в месте предполагаемого оставления предохранительного целика должны послужить исходным материалом для определения размеров, целика, паспортов буровзрывных работ на оконтуривание отдельных граней целика и решения вопроса о креплении ствола на участке целика.

1.7.    Шахтная проба должна включать не менее 12 кернов из 4 скважин, пробуренных в зумпфе вертикально через 90^р по окружности контура ствола. В целях предотвращения значительного ослабления пород в районе целика бурение должно осуществляться с получением кернов минимального диаметра, позволяющего изготовление из них кубиков для испытаний размером 20X20X20 мм.

Для испытаний должны отбираться керны с характерным петрографическим составом, не измененным агрессивным действием воды.

Непосредственно после отбора керны должны консервироваться парафинированием.

Задержка перед обработкой кернов не должна превышать 2—3 дней после отбора и доставки их в лабораторию. В течение этого времени керны должны находиться в закрытом прохладном сухом помещении.

1.8.    При испытаниях породы должны определяться:

1) предел прочности на сжатие перпендикулярно слоистости ОсЖЛ..

2) предел прочности на растяжение параллельно слоистости Ор||.

3)    предел прочности на растяжение перпендикулярно

СЛОИСТОСТИ Op j

4)    модуль упругости параллельно слоистости Ец;

5)    модуль упругости перпендикулярно слоистости Ех;

6)    коэффициент Пуассона у_±ц

Проведение испытаний осуществляется по методике. Дон УГИ (см. приложение 1).

1.9.    На основании данных лабораторных испытаний физико-механических свойств породы целика должен быть построен паспорт прочности породы. Предельное касательное напряжение определяется из паспорта как предельное касательное напряжение при чистом сдвиге.

4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СВОБОДНО ПАДАЮЩЕГО ПОДЪЕМНОГО СОСУДА НА ПРЕОДОЛЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИИ

1.10.    В качестве энергии удара следует принимать кинетическую энергию свободно падающего груженого сосуда. При глубине падения более 400 м необходимо учитывать аэродинамическое сопротивление свободному падению, поглощающее часть кинетической энергии подъемного сосуда.

1.11.    Для определения потерь кинетической энергии свободно падающего подъемного сосуда следует пользоваться графиками зависимости величин скорости падения подъемных сосудов от высоты их падения (рис. 1).

Графики составлены для типовых сечений стволов угольных шахт, разработанных Южгипрошахтом, и типовых подъемных сосудов.

Если рассчитываемый полок сооружается не под типовым подъемным сосудом, следует брать величину скорости, соответствующую ближайшему меньшему по площади подъемному сосуду.

1.12.    Энергия удара определяется формулой

q* - Нп*Ч <7+ Q

где К — кинетическая энергия, расходуемая на деформацию предохранительного устройства, кг-м; q — вес подъемного сосуда, кг;

Q — вес предохранительного устройства, кг;

Н _Пр_НВ— приведенная высота падения подъемного сосуда.

Переход от qH к qH_nрив> т. е. к энергии сосуда перед контактом с защитным приспособлением с учетом потерь па преодоление аэродинамических сопротивлений, следует производить по формуле

— 2<?//_пр|_1В -g- т — <7^прнв>

где т — масса подъемного сосуда, кг ■ сек²/м;

V — определенная по графику истинная скорость падения данного сосуда, м/сек.

РАСЧЕТ ЦЕЛИКА

1.13. При расчете предохранительного целика (рис. 2) касательное напряжение по наиболее опасному сечению целика, вызываемое ударом подъемного сосуда, должно определяться из условия

5

Рис.

г_р = 0,167 A,

где — расчетное касательное напряжение, кг/см²;

R — приближенное значение динамической силы, воздействующей на целик, кг; h — высота целика, см;

I — периметр наиболее опасного сечения, см.

В качестве наиболее опасного сечения следует принимать боковую поверхность прямоугольного параллелепипеда, верхняя грань которого является поверхностью контакта подъемного сосуда и целика (сечение 1—2—3—4, рис. 3).

Тогда условие прочности должно удовлетворяться в виде

Примечания: 1. При одинаковой возможности падения на целик как подъемного сосуда, так и противовеса, при расчете учитываются оба случая и из двух Л выбирается большее.

2. Во всех случаях h должно быть не меньше диаметра ствола вчерне.

1.14. Динамическая сила воздействия на целик по наиболее опасному сечению определяется выражением

R = eu,

где е — коэффициент жесткости на сдвиг, определяемый как сила, которую необходимо приложить к целику, чтобы вызвать единичный сдвиг по наиболее опасному сечению, кг;

и — перемещение целика по данному сечению от динамического усилия упавшего подъемного сосуда, см.

1.15. Перемещение по данному, наиболее опасному, сечению следует определять с учетом анизотропных свойств материала целика. Для определения перемещения используется формула

^Е± +^vxii • ^Еи + ^Е

E_nE_±hl

где Е\\ — модуль упругости параллельно слоистости кг/см²;

Е_± — модуль упругости перпендикулярно слоистости кг/см²;

^vj II ^— отношение деформации в направлении, перпендикулярном слоистости, к деформации в направлении параллельном слоистости, при сжатии в направлении параллельном слоистости;

£,_|р — приведенная высота сегмента целика, од равна, 0,67L (рис. 3).

Примечания: I. В тех случаях, когда требуется рассчитать целик, состоящий из пород нескольких видов, для определения перемещения следует использовать значения модулей упругости и коэффициента Пуассона породы нижнего слоя. Общая высота целика при этом должна быть определена с учетом п. 1.2 и 1.13.

2.    При расчетах целика, занимающего все сечение ствола, прицеленную высоту сегмента следует принимать равной 0.33L.

3.    Обоснование приведенной формулы см. в приложении 2.

РАСЧЕТ ПЕРЕКРЫТИЯ, ПОДДЕРЖИВАЮЩЕГО ЦЕЛИК СНИЗУ

1.16. Для предотвращения падения отдельных кусков породы при частичном разрушении целика под ним должно устанавливаться перекрытие из двутавровых балок. Между породным целиком и металлическим перекрытием должен укладываться накатник из бревен.

9