Механика подземных сооружений

1.

ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
№
п.занятия
Наименование
1
Выбор и расчет крепи. Основные расчетные положения.
2
Расчет проявления горного давления и параметров крепи горизонтальных горных
выработок. СП91.13330.2012.
3
КР-1
Контрольная работа №1
4
5
6
7
КР-2
Контрольная работа №2
Примечание

2.

ЛИТЕРАТУРА
1. СП91.13330.2012 Подземные горные выработки
2. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету
крепи / ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. – М.: Стройиздат, 1983. –
272 с.
3. Булычев, Н.С. Механика подземных сооружений / Н.С. Булычев. − М.: Недра,
1994. − 278 с.
4. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные
положения. СНиП 52-01-2003.
5. СП 16.13330.2011 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП
II-23-81*

3.

Вопросы
1. Что принято в качестве критерия устойчивости пород?
2. От чего зависит и как определяется расчетная глубина
размещения выработки?

4.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2
РАСЧЕТ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
И ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК.
СП91.13330.2012.

5.

МЕХАНИКА ПОДЗЕМНЫХ
СООРУЖЕНИЙ
Кириенко Юрий Анатольевич
kirienko.i@misis.ru

6.

Пример 1. Выработка в осадочных породах
Проектируется
проведение
квершлага,
пересекающего
толщу
песчанистых сланцев.
Требуется рассчитать устойчивость пород в выработке, определить
нагрузку на крепь, целесообразный тип крепи и ее параметры.
Исходные данные: длина квершлага, расположенного в пределах
околоствольного двора – 200 м; глубина заложения квершлага Н=1500 м, к=1;
площадь поперечного сечения выработки S=18 м2 (b=6 м, h=3,6 м); расстояние от
квершлага до соседней (параллельной) выработки L=30 м; ширина соседней
выработки b=4 м; срок службы горизонта t=15 лет; сопротивление пород
одноосному сжатию R=72 МПа, кс=0,9; угол залегания пород α=100; среднее
расстояние между поверхностями ослабления пород – более 1,5 м.

7.

РЕШЕНИЕ. 1. По формуле и таблицы определяется допустимое расстояние
между выработками, исключающее их взаимное влияние:
Lд=(6+4)*2,8=28 м
Так как Lд>30 м, квершлаг находится вне влияния смежной параллельной
выработки.

8.

Определение
расстояния
выработками.
допустимого
между

9.

2. По формуле (Е.1) с учетом входящих в нее коэффициентов и значения Ut,
рассчитываются смещения пород со стороны кровли, почвы и боков выработки;
расчетное сопротивление пород сжатию Rc (для решения домашней работы Rc
принимается по Практической работе №1), расчетная глубина Нр находится по
графику.
Rc=72*0,9=64,8 МПа
U= ka×kθ×ks×kb×kτ×Uτ
(Е.1)

10.

Оценка расчетной глубины.
Расчетная глубина Нр размещения выработки (сечения ствола) определяется с
учетом отличия напряженного состояния данного массива горных пород от
средних условий, принимавшихся при обобщении экспериментальноаналитических материалов, вне поля разгрузки и пригрузки массива горных пород
в области ведения очистных выработок, положенных в основу настоящего свода
правил. R=72 МПа; λф=0,66; Нр=1500 м.
Номограмма для определения расчетной глубины по напряжениям в массиве
1 - малопрочные аргиллиты, глинистые и углистые
сланцы, алевролиты с глинистым цементом,
выветрелые глинистые песчаники ( 22 МПа);
2 - алевролиты и песчаники со слюдистым и
глинистым цементом, аргиллиты ( 40 МПа);
3 - песчаники, алевролиты, аргиллиты, песчанистые
сланцы на кремнисто-глинистом, глинокарбонатном
и другом средней прочности цементе, известняки
(75 МПа,);
4 - прочие песчаники и алевролиты на карбонатном и
кремнисто-карбонатном цементе, известняки
( 100 МПа).

11.

Rc=64,8 МПа;
Нр=1500 м.
По Rc и Нр из графика
следует Ut=450 мм.

12.

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

13.

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.

14.

Коэффициенты ka и kθ
Коэффициенты ka и kθ при углах залегания пород а, град
ka
Направление
проходки
выработки
kθ
до 20
По простиранию 1,00
ka
kθ
до 30
ka
kθ
до 40
ka
kθ
до 50
ka
kθ
до 60
ka
kθ
свыше 60
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.

15.

Коэффициент ks
ks = 0,2×(b -1)=0,2×(6 -1) = 1

16.

Коэффициент kb и kτ
Kb коэффициент влияния других выработок равен 1, т.к.
влияние соседней выработки отсутствует.
Kb = 1 для всех вариантов домашних работ.
Kτ коэффициент влияния времени воздействия крепи.
Для выработок со сроком службы более 15 лет Kτ = 1.
при менее 15 лет определяют по графикам, представленным
на рисунке Е.2.

17.

Е.2.
В примере,
если бы срок
службы
выработки был
не 15 лет, а к
примеру 2
года:
1500/64,8=23
Kt=0,97

18.

Согласно этому получаем:
UК= 0,7 ×1×1×1×1×450 = 315 мм - для кровли
выработки
UП= 0,7 ×1×1×1×1×450 = 315 мм - для почвы
выработки
UБ= 0,7×0,55×1×1×1×450 = 175 мм - для боков
выработки

19.

3. Согласно таблице, устанавливается категория устойчивости пород.
В рассматриваемой задаче породы находятся в неустойчивом состоянии (III категория).
В качестве критерия устойчивости пород следует принимать значение их смещений на
контуре поперечного сечения выработки за весь срок ее эксплуатации без крепи в
соответствии с таблицей Е.1.
Смещения, мм
Категория
устойчиво
сти 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

20.

4. Согласно п.7.2.2.6 СП91 осуществляется предварительный выбор типа крепи.
Для крепления квершлага возможно принять монолитную железобетонную
крепь с жесткой арматурой из двутаврового профиля. При этом металлические
рамы из двутаврового профиля предусматривается устанавливать вблизи
забоя, а затем с отставанием во времени на 1 месяц производить их
бетонирование.
Смещение пород, происходящее до бетонирования, определяются по
формуле (Е.6):
Где Кt – коэффициент влияния времени на смещение пород, определяют по
графику на рис. Е.5.

21.

22.

Рисунок Е.5.
График для
определения
коэффициента Кt при
t менее одного года.

23.

При Нр/Rc = 1500/64,8=23,15; t=1 месяц; Кt = 0,37
UК= 315 х 0,37 =117 мм
Uп= 315 х 0,37 =117 мм
Uб= 175 х 0,37 =65 мм
5. Согласно рис. Е.4. определяется нормативная нагрузка на крепь
квершлага. С этой целью на графике по оси абсцисс откладывается
расчетное смещение пород для кровли (почвы) U = 315 мм (ближайшая
сплошная линия отпора крепи – 300 мм). По этой же оси откладываются
значения смещений, происходящие к моменту бетонирования крепи Ut = 117
мм (Uз=0, Uкр=0) и восстанавливается перпендикуляр до пересечения со
сплошной линией, выбранной по расчетному смещению.
Ордината точки пересечения определяет нормативную нагрузку на
крепь: Рн=650 кПа. Аналогичным образом определяется Рн для боков
выработки: Рн=520 кПа.

24.

25.

6. По формуле Е.5 определяется расчетная нагрузка на крепь квершлага:
для кровли и почвы выработки
Р(кровли) = 1,05*1,1*1*650 = 750 кПа;
для боков выработки
Р(боков) = 1,1*1,1*1*520 = 630 кПа.

26.

Таблица Е4

27.

По графикам ориентировочно определяется
плотность установки двутавровых рам. При Р=750
кПа и профиле двутавра №20 плотность составит
2,5 рамы на 1 м. Может быть принята крепь с
выположенным сводом в кровле и почве
выработки. В этих условиях может быть принята
крепь без обратного свода, но с упрочнением
почвы выработки анкерами.

28.

Соотношение марки бетона к классу бетона:
М200 – В15
М250 – В20
М350 – В25

29.

Для уточнения параметров крепи должен быть выполнен статический
и прочностной расчеты.

30.

Варианты по списку, где L – количество десятков,
F – количество единиц в номере варианта по списку группы.
Например, для студента с номером варианта по списку группы 15,
параметры будут следующие: L = 1, F = 5.
Для студента с номером 4: L = 0, F = 4.
Таблица. Исходные параметры к задаче №2
Размеры
выработки в
проходке, м
b
4+F*0,3
h
2,8+F*0,3
Наименовани
е выработки
Срок
службы
выработк
и
Угол
залегания
пород,
град
Прочность
пород на
одноосное
сжатие, Rс
Генезис пород
λф
четный № /
не четный №
лет
α
МПа
Четный № /
не четный №
0,5+(F+L)*0,03
квершлаг /
штрек
(L+F)*7
По
практической
работе №1
Осадочные /
Изверженны
е
Отметка
заложения
,м
Коэффициент
а бокового
давления
H
(L+F)*100
(L+F)*5