МЕТОДИКА

РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ НА СОПРЯЖЕНИЯХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОДИНАРНОЙ И ПАРНОЙ ПОДГОТОВКЕ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ

С.-Петербург

2004

МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА -МЕЖОТРАСЛЕВОЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВНИМИ"

УТВЕРЖДЕНА

Департаментом угольной промышленности Минэнерго России 16. 01. 2003 г.

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ НА СОПРЯЖЕНИЯХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОДИНАРНОЙ И ПАРНОЙ ПОДГОТОВКЕ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ

С.-Петербург

2004

Таблица 2

Характеристика места размещения сопряжения Ас Пликативные нарушения с радиусом более 300 м или дизъюнктивные - на расстоянии свыше 4ДГ (N - нормальная амплитуда нарушения до 10 м), т. е. вне зоны влияния нарушений 0.9 Пликативные нарушения с радиусом менее 300 м или в зоне влияния дизъюнктивного нарушения на расстояниях от него 4N... N 0.6 Непосредственно в дизъюнктивных нарушениях на расстоянии от них менее N, в том числе в замках тектонических нарушений 0,3

3.4. По строению пород в кровле сопряжений следует выделять три типа кровли по обрушаемости в соответствии с табл. 3.

Таблица 3

1 тип кровли II тип кровли III тип кровли Однородная и неоднородная, из слоистых преимущественно глинистых, пес-чаноглинисгых и песчаных сланцев (аргиллитов и алевролитов), Rq < 60 МПа Неоднородная; над непосредственной кровлей из переслаивающихся слоев сланцев, песчаников и т.д. мощностью от 0 до 0,36 залегают преимущественно массивные песчаники и известняки, R*> 60 МПа Однородная и неоднородная, с интенсивной кососекущей трещиноватостью в зонах тектонических пликативных и разрывных нарушений

3.5, Для всех типов кровли по обрушаемости непосредственную кровлю над сопряжениями следует разделять на три класса по устойчивости в соответствии с табл. 4.

Таблица 4

I класс - неустойчивая кровля	II класс - кровля средней устойчивости	III класс - устойчивая кровля
Обрушение кровли после обнажения на расстоянии от забоя до 1 м. Преимущественно тонкослоистые и трещиноватые глинистые сланцы, Яс<30 МПа	Сохранение устойчивости при обнажении кровли на расстоянии от забоя I до 3 м. Преимущественно слоистые малотрещиноватые глинистые и песчаные сланцы (аргиллиты, алевролиты), 30 <RC < 80 МПа	Сохранение устойчивости кровли при обнажении на расстоянии от забоя свыше 3 м. Преимущественно массивные нетрещиноватые песчаники и известняки, Rq> 80 МПа

3.6. Расчетную ширину сопряжений пересекающихся и ответвляющихся выработок (рис. 1 ,а, б, з, к) определяют по формуле:

ь= №+%.    О)

где Ь\ и Ьг - фактическая ширина пересекающихся выработок в проходке, м. Расчетная ширина сопряжений с соединением, ответвлением и

ю

примыканием одной выработки к другой (рис. 1, в, г, д, е, ж> и, л, м\ рис. 2, а, б, в) определяется по формуле:

Ь =    +    0,56|    ,    (2)

где 6i - фактическая ширина основной широкой выработки в проходке, a fe₂- то же,, примыкающей, ответвляющейся, соединяющейся, м.

Следует отличать ширину Ъ от максимального пролета сопряжения В, определяемого по соответствующим формулам прил. 1 в зависимости от вида сопряжения, ширины сопрягающихся выработок и угла примыкания (ответвления). Максимальный пролет В является важным геометрическим параметром, необходимым для выбора технологии проходки и конструкции крепи сопряжения.

Расчетная ширина сопряжений подготовительной выработки с очистным забоем (см. рис. 3) принимается равной ширине подготовительной выработки в проходке. Расчетная высота сопрягающихся выработок и сопряжений принимается равной их максимальной фактической высоте в проходке.

3.7. Расчетное сопротивление пород одноосному сжатию в массиве Re следует определять отдельно для кровли, боков и почвы по залегающим литологическим разностям, вмещающим сопряжение: в кровле на высоту, равную 1,5 расчетной ширины сопряжения; в боках - на высоту сопряжения; в почве - на глубину, равную расчетной ширине сопряжения.

Для ряда смежных слоев с изменчивостью Rc до 30 % следует принимать для всего сопряжения усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию, определяемое по формуле:

(R_c т, +R-m₂ +...+/С тЛк.к^.

Rc =    -3-2-■’    -    ^с—    ,    (3)

wij +m₂+...+m_n

где R_ClRc_n - сопротивление сжатию слоев пород, МПа (при определении прочности пород по коэффициенту крепости / пересчет в МПа производят по формуле Rc = 10/); mi,..., т_п - мощность слоя, м; кс - коэффициент, учитывающий нарушенность массива пород поверхностями без сцепления, либо с малой связностью (зеркала скольжения, трещины, глинистые прослои и т. п.), принимаемый для пород Rc > 30 МПа по табл. 1, а для пород с Rc < 30 МПа - по табл. 2; кг л - коэффициент снижения сопротивления пород за счет воздействия влаги, принимаемый в зависимости от прочности пород по табл. 5 и учитываемый только в случае длительного обводнения пород в выработках (затопления, перепуска воды и т. п.), для остальных условий к*п = 1.

T аблица 5

Сопротивление пород в образце Rc, МПа 30 50 60 80 100 120 160 200 Значение коэффициента къл 0,4 0,5 0,6 0,7 0,75 0,82 0,86 0,9

11

При изменчивости расчетного сопротивления пород сжатию в кровле, боках или почве сопряжения свыше 30 %, Rc следует считать по формуле (3) отдельно по элементам сопряжения (в кровле, боках и почве). Если в кровле или почве сопряжения залегает слой прочных однородных пород с Re > 60 МПа при соотношении — > 0,5, то расчет

ь

производят по фактической прочности этих слоев без учета пород, расположенных выше (в кровле) или ниже (в почве) этого слоя.

При больших разбросах значений т и R_c> приводимых в структурно-геологических колонках, необходимо принимать средние значения, если невозможно их уточнить.

3.8.    Для сопряжений, подверженных влиянию очистных работ, дополнительно определяют расчетное сопротивление пород сжатию R_c.q>. как средневзвешенное из вычисленных значений R_c по формуле (1) для кровли,боков и почвы.

3.9.    Кровлю сопряжений следует считать одинаковой по всей их длине, если расчетное сопротивление пород кровли на сжатие находится в пределах 30 %. При изменении R_c более 30 % расчет его ведется по отдельным участкам и окончательно Rc принимается для всего сопряжения по минимальному значению.

3.10.    Выбор типа крепи и определение ее параметров для сопряжений горных выработок производится на базе расчета смещений пород и ожидаемых нагрузок на крепь с учетом размеров и формы поперечного сечения, характеристик прочности, слоистости, трещиноватости, тектонической нарушенности и устойчивости пород в кровле, боках и почве, а также интенсивности горного давления на различных стадиях их поддержания, обусловленной глубиной от поверхности и степенью влияния на сопряжения других выработок и очистных работ.

4. ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ И ОХРАНА СОПРЯЖЕНИЙ

4.1. Выбор места расположения (размещения) сопряжений выработок следует производить с учетом устойчивости вмещающих пород, общих компоновочных решений всего комплекса выработок по шахте. При этом необходимо руководствоваться следующими положениями:

-    сопряжения следует по возможности располагать в однородных наиболее устойчивых породах; при отсутствии устойчивых пород основные выработки сопряжений необходимо располагать вкрест простирания пород;

-    не допускать расположения сопряжений в зонах крупных тектонических нарушений и напорных водоносных горизонтов;

12

Таблица 6

Глубина распо-ложениясопряжения от ПО верхности Н, м Коэффициент k.L при расчетном сопротивлении пород сжатию Rc. (МПа) для выработок , пройденных по простиранию вкрест простирания Не более 30 40 50 60 80 90 100 Более 120 Не более 30 40 50 60 80 1л |_100 Более 120 Для жесткой крепи До 300 2,0 1,6 1,4 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,3 1,2 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 301-400 3,0 2,5 2,1 1,6 1,4 1,3 1,2 м 1,8 1,7 1,6 1,5 1.4 1,2 1,1 1,0 401-600 4,0 3,5 2,7 2,4 1,8 1,7 1,5 1,4 2,2 2,1 2,0 1,8 1,6 1,5 1,3 1.2 601-900 4,5 3,9 3,0 2,5 2,1 2,0 1,8 1,6 2,6 2,4 2,2 2,1 1,9 1,7 1.5 1.4 901-1200 5.0 4,5 4,0 3,5 2,8 2,5 2,2 1,8 3,0 2,8 2.6 2,5 2,3 2,0 1,7 1,5 Для податливой крепи До 300 1,4 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 301-400 1,8 1,4 1.1 1,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1.0 1,0 401-600 2,3 1,9 1,5 1,15 1,05 1.0 1.0 1,0 1,3 1,2 U 1,05 1,0 1.0 1.0 1,0 601-900 2,6 2,1 1,7 1,45 1,25 U5 и 1.0 1.5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 Г7,о 1,0 901-1200 2,9 2,5 2,2 2.0 1,8 1,45 1,3 1,05 1,7 |.б 1,5 1,45 1,3 1,15 1,05 1,0

Примечания: 1. Для сопряжений выработок, расположенных под углом к простиранию пород, коэффициент ки принимают как среднее между значениями по простиранию и вкрест простирания.

2.    Для сопряжений выработок, закрепленных анкерной крепью, коэффициент кь для всех глубин при сопротивлении пород сжатию более 40 МПа следует принимать равным 1,0, а для Rc менее 40 МПа - равным для глубин менее 400, 401-600, 601-900; 901-1200 м соответственно 1,0; 1,15; 1,3 и 1,45.

3.    Для сопряжений выработок, закрепленных комбинированной (рамной и анкерной) крепью, указанные в п. 2 настоя* щих примечаний значения кь следует уменьшить на 20 %, принимая минимальным значение кь = 1.

- при пересечении сопрягающимися выработками зон тектонических нарушений стремиться по возможности пересекать их под прямыми (или близкими к прямым) углами к плоскости сместителя нарушения.

4.2.    Сопряжения и другие близко расположенные смежные выработки испытывают взаимное влияние при нахождении друг от друга на расстоянии /_д, определяемом по формуле:

/д = (*+с)*_ъ    (4)

где Ъ - расчетная ширина сопряжения, м; с - ширина взаимовлияющей выработки в проходке, м; k_L - коэффициент взаимовлияния выработок, определяемый по табл. 6 для жестких, податливых и упрочняющих массив крепей.

4.3.    Охрану сопряжений одиночных горных выработок от влияния очистных работ следует осуществлять в соответствии с положениями разделов 5 и 6 Указаний [1].

Принятие или проектирование целиков для охраны сопряжений, меньших, чем рекомендовано в разд. 5 Указаний [1], а также сокращение размеров целиков в процессе эксплуатации допустимо при соответствующем обосновании и применении дополнительных конструктивных и горных мер защиты выработок и сопряжений, которые должны быть согласованы с ВНИМИ или другими организациями, имеющими соответствующие лицензии.

4.4.    Расположение подготавливающих выработок (штреков, квершлагов, уклонов, бремсбергов) и их сопряжений относительно очистных работ (положение относительно границ выработанного пространства, расстояния от разрабатываемых пластов) следует принимать из условия обеспечения (с учетом степени влияния очистных работ) безремонтного рабочего состояния выработок и сопряжений при креплении их, как правило, незамкнутой податливой крепью без применения или с применением различных мероприятий по уменьшению смещений пород на контуре выработок и сопряжений.

5. РАСЧЕТ СМЕЩЕНИЙ ПОРОД И ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

5.1. Величину смещения пород Uo на сопряжениях горизонтальных и наклонных выработок, находящихся вне влияния очистных работ, следует определять по формуле:

Uo^kJc&JcJctlh,    (5)

где Ut - смещение пород, принятое за типовое и определяемое по графикам (рис. 4) в зависимости от расчетного сопротивления пород кровли, почвы или боков R_c и глубины расположения сопряжения от поверхности Я; к_а - коэффициент влияния угла падения пород и направления проходки выработки относительно простирания пород,

14

Ut,mk    6    Rc—ЮМПа    20    30

Ut,*o«    6    Rc=10Mna    20

Рис. 4. Графики для определения типового смещения пород (JT: а - общие; б - для небольших глубин

определяемый по табл. 7; к_& - коэффициент направления смещений пород: при определении смещений со стороны почвы или кровли (в вертикальном направлении) k_Q = 1; при определении боковых смещений пород (в горизонтальном направлении) k_Q определяют по табл.7; кт -коэффициент влияния размеров сопряжения, который определяют для кровли и почвы по формуле (6) , а для боков - (7):

к_ш -0_f25{b- 1);    (6)

к_ш - 0,25{h - 1).    (7)

Та бли ца 7

Направление проходки выработки Коэффициенты при углах падения пород а, (... °) до 20 21-30 По простиранию 1,0 0,35 0,95 0,55 Вкрест простирания 0,7 0,55 0,60 0,80 Под углом к простиранию 0,85 0,45 0,80 0,65

Коэффициент влияния времени на смещения пород к, для выработок, срок службы которых менее 15-ти лет, определяют по графикам (рис. 5), при сроке службы более 15-ти лет и H/R <60 коэффициент k_t = 1.

О    2    4    6    8    10    12    t,n&v Рис. 5. Графики для определения коэффициента к, при t от 1 года до 15-ти лет

Коэффициент вредного воздействия выработок к_в характеризует степень увеличения смещений пород на участках сопряжений по сравнению с одиночной выработкой, где к* =1:

16

к, = k»ik»2,    (8)

где к*\ - коэффициент взаимовлияния сопрягающихся выработок, определяемый по табл. 8; к,г - коэффициент влияния других смежных выработок, расположенных относительно участков сопряжений на расстояниях менее допустимых /_д, определяемых по формуле (4):

к»2 = 1а //ф ,    (9)

где /ф - фактическое расстояние между сопряжением и другими выработками, м. При /д < /ф следует принимать кл= 1.

Таблица 8

Вид сопряжения Значение кь\ Примечание Прямое пересечение 1,6 Рис. 1, а Косое пересечение 1,6 Рис. 1,6 Прямоугольное ответвление 1,4 Рис. 1, в Остроугольное ответвление 1,4 Рис. 1, г, д, ответвление под разными углами Соединение двух выработок 1,4 Рис. I, е, ж, соединение под разными в одну углами Двустороннее ответвление 1,6 Рис. 1,3 То же, с разносом выработок 1,6 Рис. 1, и (разнесение выработок, не исключающее их взаимное влияние) Соединение трех выработок 1,6 Рис. 1, к (с породным или искусствен (треугольный узел) ным целиком) Примыкание выработок 1,2 Рис. 1, л, м

Примечание. Приведенные в табл. 8 значения кь\ относятся к случаю последовательной проходки сопрягающихся выработок. В случае одновременной проходки сопрягающихся выработок значения к%\ следует увеличивать в два раза.

Учет влияния очистных работ на сопряжения одиночных выработок осуществляется путем увеличения расчетной величины смещений пород Uo на коэффициент ко, который должен соответствовать фактическим условиям (п. 2.7).

При подготовке выемочных столбов парными выработками (см. рис. 2) коэффициент кь для сопряжений выработок с их сбойками, в случае принятия размеров целика между выработками менее 15 м, следует определять по формуле:

*’ ^{= 1+}(^1-Ti)’    ⁽¹⁰⁾

где /_ц - ширина целика, м.

В условиях динамических проявлений горного давления необходимо выполнять требования п. 2.4, а в обычных условиях указанные в п. 2.4 параметры допускается уменьшить в два раза.

2 Зак 214

5.2. Величину смещений пород на сопряжениях подготовительных выработок с очистным забоем (см. рис. 3) следует определять:

а)    для участка сопряжения 10 м впереди очистного забоя в зоне опорного давления по формулам (11)-(24), приведенным в табл. 9;

б)    для участка сопряжения в створе с очистным забоем и участка 10 м сзади очистного забоя смещения, рассчитанные по формулам (11)-(24), увеличиваются на соответствующий коэффициент £_Инт, зависящий от типа кровли (С/кр/гинт, где кнт - коэффициент увеличения смещений пород на участках сопряжения от интенсивного воздействия очистных работ, приведен в табл. 9).

Таблица 9

Вид сопряжения и расчетная формула смещений пород для его участка 10 м впереди очистного забоя (см, рис. 3) Книг на участках сопряжения в зависимости от типа кровли Позиция на рис. 3 В створе с очистным забоем 10 м сзади очистного забоя I 11 III I 11 III 1. С вентиляционной или конвейерной выработкой, погашаемой за первым очистным забоем при отработке первого столба в выемочном участке. U^Uo+UiktpkJcK (И) 1,3 1,2 1,4 - - - 3 ,а 2. То же, сохраняемой за первым очистным забоем при отработке первого столба в выемочном участке и с конвейерной выработкой при отработке последующих столбов. U^Uo+iaUiktpksk* (12) 1,3 1,2 1,4 1,8 1,6 2,0 3,6 3. То же, используемой повторно и погашаемой за вторым очистным забоем. С/кр=/То +(2 С/| i)^Kpfe (13) 1,5 1,3 1,6 - - - 3,« 4. То же, используемой повторно и сохраняемой за вторым очистным забоем для целей прямоточного проветривания. U^Uo+iaVUikK+mkoxpk'Okvpks (14) 1.5 1,3 1,6 1,8 1,6 2,0 3, г 5. То же, проводимой вприсечку к выработанному пространству всплошную. U^Vo+U’ikipkJc* (15) 1,2 1,3 1,5 - 3,д 6. То же, проводимой вприсечку к выработанному пространству с оставлением полосы угля шириной 2-4 м Ukp~ U'o+OJ WlfcKpkskK (16) 1,1 1,2 1,4 - З.е 7. С конвейерной выработкой, охраняемой целиками угля шириной от 15 м до 0,1Я м и погашаемой за очистным забоем. Якр—Яо+Яц1 /скрА'лА'к (17) 1,4 1,3 i,6 _ - 3, ж

18

Окончание табл. 9

Вид сопряжения и расчетная формула смещений пород для его участка 10 м впереди очистного забоя (см. рис. 3) Кмп ни участках сопряжения в зависимости от типа кровли Позиция на рис. 3 В створе с очистным забоем 10 м сзади очистного забоя 1 1.4 11 III I II III 2,2 То же, временно сохраняемой за очистным забоем для целей транспортирования угля. (Лр—(/о'М ,2£A4&icp/fcAjc (18) 1.3 1,б 2,0 1,8 8. С вентиляционной выработкой, охраняемой целиком шириной 15 м - 0,1 Я м и погашаемой за вторым очистным забоем. (Лр=Uo+(U*i+Д № +tk[U ИОАткрЫк (19) 1.3 1.2 1,4 - - 3.J 9. То же, податливыми целиками шириной 2,5-3,0 т и погашаемой за вторым очистным забоем. UKp~Uo+(2U\kK+0,05mkri)kKpks (20) 1.2 1,3 1,5 - - - 3, и 10. С конвейерной выработкой, охраняемой податливыми целиками шириной 2,5-3,0 т и погашаемой за очистным забоем. (Лф=(/о+1,1(М>Ы'к (21) 1.3 1,2 1,4 ~ - 3, к 11. То же, шириной 2,5-3,0 т и временно сохраняемой за очистным забоем для целей транспортирования угля. иР=^о+1,ЗУ]/скрЫ'к (22) 1.3 1,2 1,4 1,6 1,4 1,8 3 ,л 12. С вентиляционной или конвейерной выработками, оформленными за очистным забоем при отработке первого столба в выемочном участке. (Лф — mkoxpks (23) 1.2 1,0 1,3 1,6 1.4 1,8 з ,М 13. С вентиляционной выработкой, оформленной за очистным забоем, используемой повторно и погашаемой за очистным забоем второй лавы. (Лер — (ткохр + игккрк*)кз (24) 1.3 1,2 1,4 - - 3, н

Примечание. В случае применения схем поддержания сопряжений очистного забоя со спаренной выработкой, охраняемой временным целиком угля и погашаемой одновременно с его извлечением, а также с вентиляционной выработкой, охраняемой целиком шириной 15 м - 0,1 Я(м), подвергающейся влиянию первой лавы и сохраняемой за вторым очистным забоем для целей вентиляции, расчет смещений пород кровли следует производить так же, как для схемы, представленной на рис. 3, з.

В формулах, содержащихся в табл. 9: [7к_Р - смещения пород на сопряжении со стороны кровли, мм; Uo - смещения пород кровли сопряжения (мм) в период его службы вне влияния очистных работ, определяемые по формуле (5); U\ - смещения пород (мм) в зоне временного

19

УДК 622.284.74:622.273.23

Методика расчета и выбора параметров крепи на сопряжениях горных выработок при одинарной и парной подготовке выемочных столбов. - СПб., 2004. - 84 с. (М-во пром-сти и энергетики РФ. РАН. ФГУП "Гос. науч.-исслед. ин-т горн, геомех. и марк-шейд. дела - Межотраслевой научный центр ВНИМИ).

Методика регламентирует выбор места расположения, порядок расчета и выбора крепей сопряжений вскрывающих, подготавливающих и выемочных выработок угольных шахт при одинарной и парной подготовке выемочных столбов. Приведены методы расчета смещений пород и нагрузок на крепь и определения параметров крепи сопряжений при проектировании, строительстве и эксплуатации угольных шахт РФ. Решения, принимаемые в соответствии с положениями настоящей Методики, должны удовлетворять отраслевым правилам безопасности, технической эксплуатации и другим нормативным документам по безопасному ведению горных работ на угольных шахтах.

С введением Методики в действие отменяются ранее разработанные бассейновые нормативные документы по расчету крепи сопряжений горных выработок на угольных шахтах.

Методика является собственностью ВНИМИ и Министерства промышленности и энергетики РФ. Перевод ее на другие языки, тиражирование, переиздание, составление компьютерных программ и использование в производственной деятельности в странах СНГ и других государствах разрешается только на коммерческой основе.

Ил. 29, табл. 22, библиогр. 10.

Составители:

В. И. Рева, В. А. Борисовец, М. А. Розенбаум, В. В. Райский, Ю. Я. Коренной, В. И. Аксененко, С. Я. Калинин, Т. И. Лазаревич, А. А. Привалов, Ю. Н. До-лоткин, А. В. Борисов, С. А. Толмачев, Я. Т Бедарев, А. Б. Соколов, Д. В. Сидоров, Я. Р. Ногих, В. Н. Фрянов, П. В. Васильев

ISBN 5-902531-02-0

© Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевой научный центр ВНИМИ". 2004.

U*,*«

6

0    100    200    300    H,M Рис. 6. Графики (a - общий; б - для небольших глубин) смещений пород U\ в зоне временного опорного давления очистного забоя

ВВЕДЕНИЕ

Важная роль в повышении эффективности производства, безопасности работ и роста добычи угля отводится совершенствованию способов и средств крепления сопряжений вскрывающих, подготавливающих и выемочных выработок различного назначения. Работы по вскрытию, подготовке и отработке угольных пластов ведутся как на больших глубинах, так и на незначительном удалении от дневной поверхности, как правило, на вновь осваиваемых месторождениях. При этом горно-геологические условия на шахтах изменяются в довольно широком диапазоне. Поддержание горных выработок и их сопряжений в эксплуатационном состоянии часто затруднено из-за недостаточно обоснованного выбора схем их расположения, несоответствия применяемых типов крепи, способов сооружения и охраны конкретным горно-геологическим и горно-техническим условиям.

Большое значение имеет организация работ по предотвращению расслоений пород вокруг сопряжений еще на стадии их сооружения. Особенно это важно при проходке и сбойке парных выработок и этапном проведении сопрягающихся выработок при их ответвлениях и пересечениях. На сопряжениях выработок с очистными забоями не полностью решены вопросы по снижению трудоемкости вспомогательных работ, связанных с демонтажем элементов рамной крепи и их восстановлением, установкой и передвижкой крепи усиления и др. Все эти непроизводительные затраты сил и средств сказываются на эффективности работы лав.

Широкое разнообразие горно-геологических и горно-технических условий при сооружении и поддержании сопряжений горных выработок требует применения различных видов крепи в зависимости от их назначения, расположения, размеров и сроков эксплуатации. Поэтому решающее значение приобретают работы, направленные на обоснование и выбор рациональных параметров крепи сопряжений для всего многообразия горных выработок, обеспечивающие их надежное и безремонтное поддержание не только в обычных, но и в сложных условиях.

В разработанных и действующих нормативных, нормативнометодических и методических документах [1-8] вопросы крепления, охраны и поддержания сопряжений рассмотрены недостаточно полно и поэтому требуют более детальной проработки. Отсюда возникает ряд горно-геомеханических и технологических затруднений при решении производственно-технических задач по проектированию и сооружению этих ответственных узлов вскрывающих, подготавливающих и выемочных выработок. Особое внимание заслуживает новая технология крепления сопряжений горных выработок сталеполимерной анкерной крепью, нашедшая широкое распространение в зарубежной практике. Мировой опыт показывает, что именно такая технология позволяет безопасно, надежно и экономично сооружать и поддерживать сопряже-

3

ния горных выработок в самых разных условиях, обеспечивая при этом высокие темпы их проходки.

Основная задача Методики - развивая действующие нормативы, установить единые подходы и положения по определению параметров крепи сопряжений горных выработок, проводимых и поддерживаемых вне зоны и в зоне влияния очистных работ различными видами крепи, в том числе и сталеполимерными анкерами по прогрессивной технологии, которым следует отдавать большее предпочтение.

Положения, принятые в методике, научно обоснованы и прошли опытно-промышленную проверку на угольных шахтах основных бассейнов страны.

Настоящая Методика по расчету и выбору параметров крепи на сопряжениях горных выработок разработана ВНИМИ, его филиалами и представительствами при участии специалистов ПечорНИИпроекта и производственников угольных компаний и шахт. Она регламентирует крепление и поддержание сопряжений горных выработок различными видами крепи во всех типичных для шахт условиях. Это позволяет решить проблему коренного повышения эффективности и безопасности работ на шахтах России.

1. ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1.    Настоящая Методика предназначена для расчета и выбора параметров крепи на сопряжениях горизонтальных и наклонных вскрывающих, подготавливающих и выемочных горных выработок при одинарной и парной подготовке выемочных столбов на шахтах России.

1.2.    Методика распространяется на следующие геологические и горно-технические условия:

расположение сопряжений выработок в толще пород, имеющих расчетную прочность не менее 10 МПа, и угля - не менее 6 МПа; угол залегания пород и пластов до 30°; глубина расположения от земной поверхности до 1200 м; мощность угольных пластов т свыше 0,55 м; максимальный пролет сопряжений выработок в проходке 12 м; расположение сопряжений выработок вне зоны и в зоне влияния очистных работ;

обычные способы проходки (без применения специальных способов).

1.3.    Параметры крепи в условиях, отличающихся от приведенных в п.1.2, выбирают на основе рекомендаций ВНИМИ и других специализированных организаций, имеющих соответствующие лицензии.

1.4.    Расчет и выбор параметров крепи в сложных условиях (при отнесении пород, окружающих выработки, к категории неустойчивых; при опасности горных ударов, выбросов угля, породы и газов; наличии водонасыщенных пористых пород и напорных горизонтов и др.) должны производиться с учетом дополнительных требований, предусмотренных для таких случаев соответствующими нормативными документами, или с привлечением специализированных научно-исследовательских институтов.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1.    Под сопряжением одиночных выработок понимается область их взаимного влияния при соединении двух и более выработок в одну, ответвлении от основной выработки других, примыкании одной выработки к другой, пересечении выработок, а с очистным забоем - участки подготовительной выработки, находящиеся в створе с очистным забоем и примыкающие спереди и сзади него на протяжении 10 м.

2.2.    Сопряжения одиночных горных выработок (рис. 1) подразделяются на прямоугольные (а) и остроугольные (6) пересечения, прямоугольные (в) и остроугольные (г) ответвления, ответвления по кривой (д), разветвления (соединения) под углом (е) и по кривым (ж, з, и), сопряжения “треугольный узел” (к), примыкания выработок (л, м). Область взаимного влияния сопрягающихся выработок определяют по прил. 1.

5

сбойки до ближнего забоя проводимой выработки, принятию минимального опережения одного проходческого забоя относительного другого и расчету ширины податливого целика между выработками следует выполнять с учетом требований соответствующих нормативных документов, регламентирующих безопасные условия работы. При этом сбойку парных выработок и крепление их сопряжений допускается производить с отставанием от ближнего проходческого забоя на расстояние не менее Г = 1,5(й|+/>2+/_ц), где Ь\₉ Ьг - соответственно ширина каждой парной выработки в проходке; /_ц - ширина податливого целика между выработками, а опережение передового проходческого забоя по отношению к забою другой выработки должно быть не менее Г =3@|+*2+/ц).

2.5.    Сопряжения очистного забоя с подготовительной выработкой (рис. 3) подразделяются на:

-    сопряжение с погашаемой выработкой;

-    сопряжение с выработкой, сохраняемой за первым очистным забоем;

-    сопряжение с повторно используемой выработкой;

-    сопряжение с выработкой, проводимой вприсечку к выработанному пространству (при сплошной присечке или при оставлении полосы угля шириной 2-4 м);

-    сопряжение с выработкой, охраняемой целиком шириной меньше 0,1 Я, но не менее 15 м;

-    сопряжение с выработкой, охраняемой целиком (2,5...3)т (при погашении одной из парных выработок за лавой или при ее временном сохранении для целей транспортировки угля);

-    сопряжение с выработкой, оформляемой за очистным забоем.

2.6.    Расчет параметров крепи сопряжений вскрывающих и подготавливающих выработок следует производить, как правило, из условия их безремонтного поддержания в течение всего срока их службы, предусматривая выполнение мелких профилактических работ по сохранению эксплуатационного состояния выработок.

2.7.    Для учета влияния очистных работ на сопряжения одиночных выработок, поддерживаемых в различных зонах их воздействия, следует руководствоваться соответствующими разделами нормативных документов [1, 2, 6] или обращаться к специализированным научно-исследовательским институтам и организациям, имеющим соответствующие лицензии.

2.8.    Существенное влияние на устойчивость сопряжений и сопрягающихся выработок оказывает форма их сечения, которую рекомендуется выбирать с учетом интенсивности проявлений горного давления, материала и типа крепи. При анкерной крепи форму сопряжений целесообразно принимать, как правило, прямоугольной или трапециевидной с плоской кровлей, совпадающей с поверхностями напластования пород, а в пластовых выемочных выработках - с кровлей пласта. В неустойчивых породах и на сопряжениях с большим пролетом следует

7

применять сводчатую форму сечений, а в зоне влияния очистных работ с интенсивным проявлением горного давления, как правило, комбинированные крепи.

3. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1.    Основными исходными данными для решения задачи расчета и выбора параметров крепи сопряжений выработок являются следующие горно-геологические и горно-технические факторы:

-    наименование и назначение выработок;

-    срок службы сопряжений t, годы;

-    глубина размещения сопряжения от поверхности Я, м;

-    тип строения пород кровли и их устойчивость;

-    угол падения пород а, градусы;

-    мощность слоев пород т\,тг>...,т_п, м;

-    сопротивление сжатию пород (каждого слоя) в образце, МПа;

-    характеристика структурного ослабления пород и тектонической нарушенности;

-    направление проходки выработки (вкрест простирания пород, по простиранию, под углом);

-    ширина и высота сопрягающихся выработок в проходке А'и А', м;

-    максимальная высота сопряжений в проходке А, м;

-    расстояние от сопряжения до других выработок /ф, м;

-    расстояние от сопряжения до очистных работ, /о, м;

-    способ проведения выработок (буровзрывной, комбайновый);

-    вид сопряжения, угол примыкания 0, градусы;

-    характеристика крепи сопряжений.

3.2.    Расчетная глубина для сопряжений принимается равной фактической глубине от поверхности.

3.3.    Характеристика структурного ослабления пород и тектонической нарушенности оценивается коэффициентом кг (таблицы 1,2).

Таблица 1

Среднее расстояние между поверхностями ослабления пород, м Более 1,5 0,9 1,5-1,0 0,8 1,0-0,5 0,6 o,s-o,t 0,4 Менее 0,1 0,2

9