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 D_св = 6 м, которые приведены в следующей таблице 16.

Таблица 16.

Значения средних нагрузок на крепь круглого ствола диаметром D_св = 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 D_св = 6 м, применяются следующие перерасчеты:

- средняя радиальная нагрузка Q для стволов больших или меньших диаметров в свету (D_св ⋛ 6 м)соответственно увеличивается или уменьшается по сравнению с нагрузкой Q_ср на 5% на каждый метр приращения или уменьшения диаметра ствола, т.е.:

Q = [1 + 0,1( - 3)] Q_ср , Т/м² .

В районах сопряжений ствола с другими выработками (до 20-ти м выше и ниже сопряжений) средняя нагрузка Q_спр на крепь принимается в 1,5 раза больше, чем на протяженных участках, т.е.:

Q_спр = 1,5 Q =1,5[1 + 0,1( - 3)] Q_ср, Т/м².

При проходке ствола по водоносным породам, имеющим гидравлический напор воды q_г, полная средняя нагрузка Q_ср будет равна:

Q_сгр = Q + q_г = (Q + q_г) =, Т/м²,

а в тех же гидравлических условиях на сопряжениях:

Q_спрг = 1,5(Q + q_г)[1 + 0,1( - 3)] Q_ср + 1,5 q_г.

где q_г – гидравлический напор воды, равный глубине заложения места определения давления, а в районе сопряжений ствола;

Q_ср – табличные данные средней радиальной нагрузки на крепь ствола диаметром 6 м по таблице 16;

Q_спр – средняя радиальная нагрузка на крепь ствола в районах воздействия сопрягаемых выработок;

Q_сгр - средняя радиальная нагрузка на крепь ствола в районах воздействия гидравлического напора;

Q_спрг - 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 Q_ср и поправками.

Расчетные максимальные нагрузки Q_max на крепь вертикальной выработки определяются по средним нагрузкам Q_срс учетом коэффициента неравномерности распределения нагрузки q по контуру крепи:

Q_max = 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 , град.	Значение q при расположении выработки от сопряжения с другими выработками, м
На расстоянии более 20 м	На расстоянии менее 20 м
0° ≤ ≤ 10°	0,4	0,8
10° ≤ 30°	0,6	0,8
30°	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%.