Строительная геотехнология. Практическое занятие №2. Оценка устойчивости породного массива

1.

СТРОИТЕЛЬНАЯ
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
Павел Владимирович Сутупов
[email protected]

2.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОДНОГО
МАССИВА

3.

Требования к практической работе
Определить величину смещения U: для почвы выработки, для
кровли и боков выработки.
Определить категорию устойчивости горизонтальной выработки.
Подобрать форму выработки и конструкцию крепи.
СП 91.13330.2012. Свод правил. Подземные горные
выработки.

4.

Исходные данные для выполнения домашней и
практической работы
№ Варианта по
журналу
Пример
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ширина выработки в
проходке (bпр), мм
4200
4550
3550
4550
3950
4550
3550
4000
4100
3900
3750
Наименование
выработки
штрек
штрек
квершлаг
штрек
квершлаг
штрек
квершлаг
штрек
квершлаг
штрек
квершлаг
Срок службы выработки
20 лет
16 лет
18 лет
20 лет
25 лет
18 лет
20 лет
20 лет
25 лет
17 лет
16 лет
Угол залегания пород,
град
12
10
12
15
8
17
22
27
12
24
15
Прочность пород на
одноосное сжатие R
(МПа)
70
40
50
70
45
40
50
70
45
20
80
Генезис породы
Осадочные
Изверженные
Осадочные
Соляные породы
Осадочные
Изверженные
Осадочные
Осадочные
Изверженные
Расстояние между
трещинами, м
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
Глубина заложения
выработки Нр, м
1200
1000
1100
1250
1400
1300
1350
1300
1275
1250
1200
Соляные породы Соляные породы

5.

Формы внутреннего
очертания крепей
(обделок)
• а – прямоугольная;
• б – трапециевидная;
• в, г - арочная;
• д,е – сводчатая;
• ж – подковообразная с обратным
сводом;
• з – подковообразная без обратного
свода.

6.

7.

Определение величины смещения U
U= ka×kθ×ks×kb×kτ×uτ;
Соответственно рассчитываем U для почвы выработки, для кровли
и боков выработки.
UК= ka×kθ×ks×kb×kτ×uτ для кровли выработки
UП= ka×kθ×ks×kb×kτ×uτ для почвы выработки
UБ= ka×kθ×ks×kb×kτ×uτ для боков выработки

8.

Где:
ka - коэффициент, учитывающий угол залегания пород и направление
проходки выработки относительно простирания пород;
Kθ коэффициент, учитывающий направление смещения пород;
Ks коэффициент влияния размера выработки;
kb коэффициент влияния других выработок;
Kτ коэффициент влияния времени воздействия крепи;
Uτ смещение пород, принятое за типовое.

9.

Коэффициенты ka и kθ
Коэффициенты ka и kθ при углах залегания пород а, град
ka
Направление
проходки
выработки
kθ
до 20
ka
kθ
до 30
ka
kθ
до 40
ka
kθ
до 50
ka
kθ
до 60
ka
kθ
свыше 60
По простиранию
1,00
0,35
0,95
0,55
0,80
0,80
0,65
1,20
0,60
1,70
0,60
2,25
Вкрест
простирания
0,70
0,55
0,60
0,80
0,45
0,95
0,25
0,95
0,20
0,80
0,15
0,55
Под углом
простирания
0,85
0,45
0,80
0,65
0,65
0,90
0,45
1,05
0,35
1,10
0,35
0,95
Kθ коэффициент, учитывающий направление смещения пород:
- со стороны кровли или почвы (в вертикальном положении) Kθ =1;
- при определении боковых смещений пород (в горизонтальном направлении) определяется по
таблице.

10.

Согласно этому получаем:
UК= 1×1×ks×kb×kτ×uτ для кровли выработки
UП= 1×1×ks×kb×kτ×uτ для почвы выработки
UБ= 1×0,35×ks×kb×kτ×uτ для боков выработки

11.

Коэффициент ks
При определении смещений со стороны кровли или почвы (в вертикальном
направлении)
ks = 0,2×(bпр -1)
Где: bпр -ширина выработки в проходке, м (дана в исходных данных);
При определении смещений со стороны боков (в горизонтальном
направлении)
ks = 0,2×(hпр -1)
Где: hпр -высота выработки в проходке, м;
hпр = 1,5+(0,5× bпр )

12.

Коэффициент ks
Смещение со стороны кровли и почвы:
ks = 0,2×(4,2 -1)=0,64
Смещение со стороны боков:
ks = 0,2×(3,6 -1)= 0,52
Определение высоты выработки в проходке, м;
hпр = 1,5+(0,5× 4,2)=3,6

13.

Согласно этому получаем:
UК= 1×1×0,64×kb×kτ×uτ для кровли выработки
UП= 1×1×0,64×kb×kτ×uτ для почвы выработки
UБ= 1×0,35×0,52×kb×kτ×uτ для боков выработки

14.

Коэффициент kb и kτ
Kb коэффициент влияния других выработок равен 1, так как мы имеем
одиночную выработку.
Kb = 1 для всех вариантов домашних работ.
Kτ коэффициент влияния времени воздействия крепи.
Для выработок со сроком службы более 15 лет Kτ = 1.

15.

Согласно этому получаем:
UК= 1×1×0,64×1×1×uτ для кровли выработки
UП= 1×1×0,64×1×1×uτ для почвы выработки
UБ= 1×0,35×0,52×1×1×uτ для боков выработки

16.

Коэффициент uτ
В зависимости от расчетного сопротивления пород массива сжатию и
расчетной глубины заложения выработки Hр.
Расчетное сопротивление пород массива сжатию Rc необходимо определить
по формуле:
Rc = R × kc
Где:
R - среднее значение сопротивления пород по одноосному сжатию, Мпа
(исходя из исходных данных R = 70)
kc – коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенность массива под
поверхностями без сцепления.

17.

Коэффициент uτ
kc – определить по таблице.
В данном примере расстояние между трещинами (м) равняется 0,9, исходя из этого коэффициент
kc = 0,6
Среднее расстояние между
поверхностями ослабления пород, м
Коэффициент kc
Более 1,5
0,9
от 1,5 до 1,0
0,8
От 1,0 до 0,5
0,6
От 0,5 до 0,1
0,4
Менее 0,1
0,2
Тогда:
Rc = R × kc = 70 × 0,6 = 42

18.

Коэффициент uτ
Коэффициент uτ определяем по
графику

19.

Коэффициент
uτ
Коэффициент uτ определяем
по графику

20.

Коэффициент uτ
Исходя из графика делаем вывод, что uτ =
570
Согласно этому получаем:
UК= 1×1×0,64×1×1×570 для кровли выработки
UП= 1×1×0,64×1×1×570 для почвы выработки
UБ= 1×0,35×0,52×1×1×570 для боков выработки

21.

Определение величины смещения U
UК= 1×1×0,64×1×1×570 = 364,8мм для кровли выработки
UП= 1×1×0,64×1×1×570 = 364,8мм для почвы выработки
UБ= 1×0,35×0,52×1×1×570 = 296,4мм для боков выработки

22.

Определение категории устойчивости
горизонтальных и наклонных выработок
Категорию устойчивости принять по наибольшему смещению U. В данном случае
наибольшая величина смещения U = 364,8мм. По исходным данным породы:
осадочные.
Смещения, мм
Категория
устойчивости
пород
Оценка состояния
устойчивости пород
Осадочные породы
Изверженные
породы
Соляные породы
I
Устойчивые
до 50
до 20
до 200
II
Среднеустойчивые
свыше 50 до 200
свыше 20 до 100
свыше 200 до 300
III
Неустойчивые
свыше 200 до 500
свыше 100 до 200
свыше 300 до 500
IV
Сильно неусточивые
свыше 500
свыше 200
свыше 300
Согласно таблице категория устойчивости
III.

23.

Выводы
В породах I категории устойчивости рекомендуются к применению прямоугольную, трапециевидную и сводчатую
формы поперечного сечения горных выработок. В породах I категории - арочная, сводчатая и трапециевидная формы
поперечного сечения, в породах I и IV категорий- арочная, арочная с обратным сводом, кольцевая и эллипсовидная
формы выработки. В горизонтальных и наклонных выработках в осадочных и изверженных породах, расположенных
вне зоны влияния очистных работ, следует применять:
• в породах | категории устойчивости - анкерную или набрызгбетонную крепь толщиной не менее 30 мм:
• в породах II категории устойчивости - монолитную бетонную крепь, комбинированную из набрызгбетона толщиной
не менее 50 мм с анкерами и металлической сеткой или без нее, сборную тюбинговую крепь, металлическую
податливую крепь без обратного свода, анкер-металлическую, металлическую арочную крепь с набрызгбетонным
покрытием и тампонажем закрепного пространства;
• в породах III и IV категорий устойчивости- сборнуютюбинговуюи блочную, а при соответствующем обосновании метало бетонную, металлическую податливую и анкер - металлическую крепи, при этом в породах почвы | и I
категорий устойчивости в крепях указанных типов обратный свод не предусматривается.
В осадочных породах почвы I и IV категорий устойчивости крепи, как пра- вило, должны быть с обратным сводом.
Допускаются в этих условиях крепи без обратного свода, но с обязательным осуществлением мероприятий по
уменьшению смещений почвы путем упрочнения пород цементацией, анкерованием, разгрузкой массива или
применением метода АРПУ.
Необходимость возведения обратного свода и его параметры определяются на основе расчета смещений почвы,
податливости забутовки и отпора крепи, а также с учетом времени установки крепи.