Расчет горного давления на крепь вертикальных выработок
В связи с высокой ответственностью вертикальных стволов по своему предназначению, изучению влияния горного давления на крепь и состояние вертикальных стволов во всём мире уделяется большое внимание. В этой области работали многие крупные ученые, предложившие в разное время теории и методы расчетов параметров горного давления.
В настоящее время повсеместно законодательно на территории стран СНГ применяется метод научно – исследовательского института ВНИМИ, основанный на натурных замерах давления на крепь вертикальных выработок при помощи специальной динамометрической крепи и на физических и математических моделях. Исследованиями установлены значения средних нагрузок на крепь ствола диаметром в свету Dсв = 6 м, которые приведены в следующей таблице 16.
Таблица 16.
Значения средних нагрузок на крепь круглого ствола диаметром Dсв = 6 м для пересчета нагрузок при других диаметрах стволов:
Глубина ствола, м | Средняя нагрузка Qср, Т/м2 | |||
Монолитная бетонная или тюбинговая крепь при последовательной или параллельной схемах проходки ствола, при углах падения пород: | Монолитная крепь из быстротвердеющего бетона при совмещенной схеме проходки ствола со створчатой опалубкой, при углах падения пород: | |||
до 30° | более 30° | до 30° | более 30° | |
До 400 | ||||
400 – 800 | ||||
800 - 1200 |
При проходке вертикальных стволов большего или меньшего диаметра, чем Dсв = 6 м, применяются следующие перерасчеты:
- средняя радиальная нагрузка Q для стволов больших или меньших диаметров в свету (Dсв ⋛ 6 м)соответственно увеличивается или уменьшается по сравнению с нагрузкой Qср на 5% на каждый метр приращения или уменьшения диаметра ствола, т.е.:
Q = [1 + 0,1( - 3)] Qср , Т/м2 .
В районах сопряжений ствола с другими выработками (до 20-ти м выше и ниже сопряжений) средняя нагрузка Qспр на крепь принимается в 1,5 раза больше, чем на протяженных участках, т.е.:
Qспр = 1,5 Q =1,5[1 + 0,1( - 3)] Qср, Т/м2.
При проходке ствола по водоносным породам, имеющим гидравлический напор воды qг, полная средняя нагрузка Qср будет равна:
Qсгр = Q + qг = (Q + qг) =, Т/м2,
а в тех же гидравлических условиях на сопряжениях:
Qспрг = 1,5(Q + qг)[1 + 0,1( - 3)] Qср + 1,5 qг.
где qг – гидравлический напор воды, равный глубине заложения места определения давления, а в районе сопряжений ствола;
Qср – табличные данные средней радиальной нагрузки на крепь ствола диаметром 6 м по таблице 16;
Qспр – средняя радиальная нагрузка на крепь ствола в районах воздействия сопрягаемых выработок;
Qсгр - средняя радиальная нагрузка на крепь ствола в районах воздействия гидравлического напора;
Qспрг - средняя радиальная нагрузка на крепь ствола в районах воздействия гидравлического напора на сопряжениях с другими выработками;
При тампонировании затюбингового пространства под давлением средняя нагрузка на крепь принимается равной максимальному давлению. Давление бетонного раствора не должно превышать несущую способность крепи.
При пересечении стволом трещиноватых и глинистых пород, омываемых водой до или после закрепления ствола, а также при пересечении угольных пластов, средние нагрузки удваиваются по сравнению с исходными нагрузками Qср и поправками.
Расчетные максимальные нагрузки Qmax на крепь вертикальной выработки определяются по средним нагрузкам Qсрс учетом коэффициента неравномерности распределения нагрузки q по контуру крепи:
Qmax = Q (1 + 3q), T/м2;
Значения коэффициента q принимается по следующей таблице:
Таблица 17.
Значения коэффициента неравномерности q в зависимости от угла падения пород и расстояний расчетного участка от сопряжений ствола с выработками околоствольных дворов:
Угол падения ![]() | Значение q при расположении выработки от сопряжения с другими выработками, м | |
На расстоянии более 20 м | На расстоянии менее 20 м | |
0° ≤ ![]() | 0,4 | 0,8 |
10° ≤ ![]() | 0,6 | 0,8 |
![]() | 0,7 | 0,9 |
При наличии напорных вод коэффициент неравномерности q умножается на величину . При тампонировании затюбингового пространства бетоном под давлением, коэффициент q уменьшается на 25%.