Практическая работа. Практическая работа№2 Гречко А.В.. Практическая работа 2. Выбор типа крепи и расчёт горного давления Преподаватель Урбаев Д. А. подпись, дата инициалы, фамилия

• Название: Практическая работа 2. Выбор типа крепи и расчёт горного давления Преподаватель Урбаев Д. А. подпись, дата инициалы, фамилия
• Анкор: Практическая работа
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 265.68 Kb.
• Имя файла: Практическая работа№2 Гречко А.В..docx
• Тип: Практическая работа; #421238

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА, ГЕОЛОГИИ И ГЕОТЕХНОЛОГИИ»

«Кафедра шахтного и подземного строительства»

Практическая работа №2.

Выбор типа крепи и расчёт горного давления

Преподаватель: _________ Урбаев Д.А.

подпись, дата инициалы, фамилия


Студент: ГГ20-09 _________ Гречко А.В.

номер группы подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2022

Оглавление

Вариант 4 5

Решение трапециевидной формы выработки. 5

Решение прямоугольно-сводчатой выработки. 7

9

Контрольные вопросы: 10

1.Что такое устойчивое состояние горной выработки? 10

Цель: ознакомиться с методикой, получить навыки по расчету горного давления и выбора вида крепи конкретных условий.

Краткие теоретические сведения:

Горно-разведочные выработки должны быть устойчивыми в период их проведения и эксплуатации, т.е. должны сохранять необходимые формы и размеры поперечного сечения в соответствии с требованиями правил технической эксплуатации и техники безопасности.
Если условие устойчивости обнажений пород соблюдается и деформации обнажений не выходят за пределы допустимых, то, как правило, выработка будет устойчивой без несущей крепи. Если условие прочности не соблюдено, то для обеспечения устойчивости горной выработки необходимы применение несущей крепи, упрочнение массива пород и т.д.
Многочисленные методы обеспечения устойчивости горн разведочных выработок можно объединить в три группы:

1. 
   Охрана.
   
2. 
   Крепление
   
3. 
   Поддержание.
   

Под охраной понимается совокупность заранее проектируемых мероприятий, направленных на предотвращение потери устойчивости выработки и снижение влияния горного давления. К числу способов и вариантов охраны относятся: использование рациональной формы поперечного сечения выработок, оставление вокруг них защитных толщ и целиков, расположение выработки в зонах массива с высокой прочность или пониженными напряжениям, снижение концентрации напряжений за счет применения особой технологии проведения и др. Правильно выбранный способов охраны является эффективным способом снижения затрат на крепление и поддержание выработок.
Крепление выработки – применение горной крепи с целью предотвращения обрушения или уменьшения смещения пород для нормальной эксплуатации выработки.
Поддержание выработки – совокупность технических мероприятий устраняющих нарушение ее устойчивости в период эксплуатации.

Рациональная форма сечения выработки обеспечивает наилучшее использование несущей способности материала крепи. Форма выработки выбирается в зависимости от направления преобладающего давления. Так, при значительном давлении со стороны кровли рациональной является выработка со сводчатым очертанием в кровле. При наличии значительного горного давления лучше выбрать подковообразную форму выработки или круглую форму. При наличии значительного горного давления с кровли и с боков рациональной является подковообразная форма выработки. При всестороннем давлении боковых пород лучше выбрать подковообразную форму с обратным сводом или же круглую; последняя наиболее рациональна при равномерном давлении со всех сторон, например в вертикальных выработках. При неодинаковом всестороннем, но симметричном давлении наиболее целесообразно эллиптическое сечение с большой осью в направлении большего давления. В случае применения в качестве крепёжного материала дерева крепь криволинейного очертания сделать сложно, поэтому рациональной формой становится трапециевидная или прямоугольная – шурфы, стволы.

Вариант 4

Решение трапециевидной формы выработки.

Выработка пройдена на глубине Н=650 м., в породах с f =8; К_с=0,25; ξ=0,9; λ₁=0,33; ℽ=2700 кг/м³. Выработка имеет трапециевидную форму, полупролет по кровле a=1,465 м., высота выработки вчерне h=2,58 м.; угол наклона стоек ɑ=80^◦; расстояние между рамами L=0,5м.
Решение:
1. Рассчитываем физико-механические свойства образцов:

σ_сж=130 мПа;
σ_р=14 мПа:
tg φ= (σ_сж - σ_р)/ (σ_сж + σ_р) = (130-14)/ (130+14) = 0,805;
φ=39^◦.

2. Для выработки трапециевидной формы принимаем К₁=2; К₂=1 и рассчитываем напряжения на контуре, прочность массива, запасы прочности и параметр устойчивости:

σ_max =К₁γН = 2 · 2700 · 650 · 10 =35,1 мПа;
σ_min =К₂γН = 1·0,3 · 2700 · 650 · 10 = 5,3мПа;
R_cж= σ_сж К_с ξ = 130 · 0,25 · 0,9 = 29,25 МПа;

R_p=0,1 R_cж=0,1·29,25=2,925 мПа
n_б= R_cж/ σ_max=29,25/35,1=0,83<4;

n_к=R_p/ σ_min=2,925/5,3=0,55<4;

П_у=10ℽН/ σ_сж ξ=10 · 2700·650/(130·10⁶·0,9)= 0,15;

Кровля и бока выработки неустойчивы (n_б <1; n_к <1), возможно применение комбинированной крепи, а также деревянной или металлической крепи. Окончательный выбор вида крепи может быть сделан только после расчёта горного давления и прочных размеров элементов конструкции.

3. Рассчитываем нормативные нагрузки для выработки трапециевидной формы (n_к≤ 1; n_б ≤ 1), расчетная схема №2 (табл. 2.3, рис 2.3.а).
По формулам таблицы 2.5 (n_к≤ 1; n_б ≤ 1).

b₁= 3,88 м

Интенсивность нагрузки:

q₁=b₁ℽ=3,88 · 2700 · 10=0,1 мН/м²

Нагрузка на верхняк:

Q=2aq₁L=2 · 1,465· 0,1 · 0,5=0,146 мH

q_к= λ₂ q₁=tg²(45^◦- φ/2) q₁=0,1 tg²(45^◦- 39^◦/2)=0,023 мH

Интенсивность боковой нагрузки у почвы:

q_п=(b₁+h) ℽ λ₂=(3,88+2,58) · 2700 · tg²(45^◦- 39^◦/2)=0,004 мH

Боковое давление:

D₁=0,5(q_k+q_п) h=0,5 · (0,023+0,004) · 2,58= 0,0348 мПа

C_ч.1= =753,6 мм

C_ч.2= =1519 мм

C₁=753,6+1519=2272,6 мм



Чертеж трапециевидной формы выработки:

Решение прямоугольно-сводчатой выработки.

Глубина заложения выработки Н=1150 м., в породах, имеющих пределы прочности образцов: σ_сж=150 мПа; σ_р=14 мПа; плотность пород ℽ=2900 кг/м³; коэффициенты: структурного ослабления К_с=0,3; длительной прочности ξ=0,85; бокового распора λ₁=0,25. Выработка имеет прямоугольно-сводчатую форму шириной В₁=3,6 м;высота коробового свода h₀=1,2м; высота вертикальной стенки h₁= 2,5м.

Решение:

1.Рассчитываем физико-механические свойства массива:

R_cж= σ_сж К_с ξ=150 · 0,3 · 0,85=38,25мПа;

R_p= σ_p К_с ξ=14 · 0,3 · 0,85=3,57мПа;

tg φ= (σ_сж - σ_р)/ (σ_сж + σ_р)= (150- 14)/ (150+ 14)=0,829;

φ=39^◦ .

2.Для выработки прямоугольной-сводчатой формы принимаем значения К₁=2; К₂=0,3; рассчитываем напряжения, запасы прочности и параметр устойчивости:

σ_max =К₁γН = 2 · 2900 · 1150 · 10 = 66,7 мПа;
σ_min =К₂γ λ₁Н = 0,3· 0,25 · 2900 · 1150 · 10 = 2,5 мПа;

n_б= R_cж/ σ_max=38,25/66,7=0,57<4;

n_к=R_p/ σ_min=3,57/2,5=1,43<4;

П_у=10ℽН/ σ_сж ξ=10 · 2900·1150/(150·10⁶·0,85)= 0,26;

Кровля относительно устойчива и бока выработки неустойчивы (n_б <1; n_к <4), 0,26<0,3<057, возможно применение комбинированной или анкерной крепи. Возможна комбинированная: анкерная в сочетании с монолитной бетонной или металлической. Окончательный выбор вида крепи может быть сделан только после расчёта горного давления и прочных размеров элементов конструкции.

1.Рассчитываем нормативные нагрузки прямоугольно-сводчатой формы выработки расчетная схема №3 (табл. 2.3, рис 2.3.б).

По формулам таблицы 2.6 (n_к≤ 1; n_б ≤ 4).

а=В₁/2=3,6/2=1,8 м.

Высота свода обрушения.

b_к = (a+h₁ctg θ) / nₖtg φ ˗ h₀;

b_k = (1,8+2,5 · ctg 64,5^◦)/1,43tg39^◦-1,2=0,5м;

Высота свода равновесия.

b₁=b_k+h₀

b₁=0,5+1,2=1,7м;

Интенсивность давления со стороны кровли.

q´₁=b_kℽ=0,5 · 2900=1,45 кПа;

Нагрузка на верхняк рамы.

Q=2aq^´₁L=2 · 1,8 · 1,45 ·10³ · 1=5,22кН;

Интенсивность бокового давления на высоте вертикальной стенки.

Q_с=b₁ℽ λ₂=1,7 · 2900 · 0,227 · 10=11,2кПа;

Интенсивность бокового давления у почвы.

q_n = (b₁+h₁) ℽ λ₂= (1,7+2,5) · 2900 · 0,227=2,76кПа;

Боковое давление.

D₁=0,5(q_с+q_n) h₁=0,5(11,2+2,76) · 10³ · 2,5 =17,45 кН/м.

C_ч.1= =1165,77 мм



Чертеж прямоугольной-сводной выработки:

Вывод: ознакомились с методикой, получили навыки по расчету горного давления и выбора вида крепи конкретных условий.

Контрольные вопросы:

1.Что такое устойчивое состояние горной выработки?

Устойчивость горной выработки — ее способность сохранять форму и размеры поперечного сечения, заданные по условиям эксплуатации. Выработка сохраняет устойчивость за счет прочности вмещающих пород и крепи, которая создает реактивное сопротивление нагрузкам со стороны массива.

Форма поперечного сечения выработок играет важную роль в их устойчивости. Чем меньше в сечении выработки углов и закруглений малого радиуса кривизны, в которых происходит концентрация напряжений, тем выработка устойчивее. Повышение устойчивости выработок достигается также подбором таких сечений выработок, которые соответствуют параметрам начального поля напряжений, что осуществляется изменением высоты подъема свода и соотношения ширины и высоты выработки.

Размер выработки является одним из основных параметров, определяющих ее устойчивость. Выработка считается устойчивой, если в ее кровле отсутствуют растягивающие напряжения или они значительно меньше значений, при которых в породах кровли возникают секущие трещины. Проф. Н.С. Булычев по степени устойчивости кровли подразделяет обнажения на следующие пять категорий:

• 
  вполне устойчивые – вывалы и обнажения отсутствуют;
  
• 
  устойчивые – возможны отдельные отслоения;
  
• 
  средней устойчивые – возможно образование вывалов после длительной эксплуатации выработки;
  
• 
  неустойчивые – вывалы образуются вскоре после обнажения;
  
• 
  весьма неустойчивые – обрушение происходит вслед за обнажением.
  

2. Что понимается под охраной горной выработки?

Под охраной понимается совокупность заранее проектируемых мероприятий, направленных на предотвращение потери устойчивости выработки или снижение влияния горного давления. К числу способов и вариантов охраны относятся: использование рациональной формы поперечного сечения выработок, оставление вокруг них защитных толщ и целиков, расположение выработки в зонах массива с высокой прочностью или с пониженными напряжениями, снижение концентрации напряжений за счёт применения особой технологии проведения и др. Правильно выбранный способ охраны является эффективным способом снижения затрат на крепление и поддержание выработок.

Список использованных источников

1.Строительная геотехнология: учебно-методическое пособие / Сиб. федер. ун-т, Ин-т горн. дела, геологии и геотехнологий; сост.: Д. А. Урбаев, Е. В. Шевнина, А. К. Кирсанов. - Красноярск: СФУ, 2021 (2021-02-06). - Загл. с титул. экрана. - Изд. № 2021-12915

2. Строительная геотехнология : [учеб-метод. материалы к изучению дисциплины для ...21.05.04.05 Шахтное и подземное строительство] / Д.А Урбаев. - Красноярск : СФУ, 2019. - Б. ц. - Текст : электронны

3. Строительная геотехнология. Строительство подземных горных выработок. Раздаточный материал к лекционным занятиям. / Сост. Требуш Ю.П. - Красноярск. ИГДГиГ ФГАОУ ВПО СФУ. 2012.