CC BY
45
© В.Е. Боликов, А.М. Никитин, М. В. Васильев, 2009
УДК 622.83
В.Е. Боликов, А.М. Никитин, М.В. Васильев
ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ*
Семинар № 1
ТУ массиве горных пород на желе--М-Э зорудных шахтах Урала при достижении глубины горных пород 550 м и более резко усложняются условия устойчивости горных выработок. На этих глубинах отмечены аномально высокие напряжения, возникающие в массивах горных пород в окрестностях горных выработок, значительные деформации и нагрузки на крепь выработок. Объяснение этим явлениям можно дать, на наш взгляд, с точки зрения представления о запредельных деформациях, дилатанси-онных и дезинтеграционных процессах, протекающих в массивах горных пород, в окрестности горизонтальной горной выработки.
В этих условиях необходимо применение конкретных методов определения нагрузок на крепь выработок, типичных для пород с нелинейными деформационными характеристиками.
Поэтому для оценки устойчивости пород в выработках используется соотношение (п - безразмерная величина).
у-н
п =
я
м
где у - плотность породы или руды, т/м3; Н - глубина заложения выработки,
Таблица 1
м; ЯМ - прочность пород на сжатие в массиве, т/м2.
Поэтому для предварительной оценки устойчивости пород при проходке горной выработки рекомендуется использовать следующие соотношения: если у- Н - ЯМ < 0,3 породы можно считать устойчивыми. При проведении выработок по породам, склонными к выветриванию, необходимо при-менять набрызгбетонную крепь толщиной 2-6 см;
при соотношении 0,3< у - Н - ЯМ <0,6 породы можно считать среднеустойчивыми. Рекомендуемые виды крепи: на-брызгбетонная, штанговая, комбинированная из набрызгбетона и штанг;
при соотношении 0,6=/ - Н - ЯМ = =0,7 породы можно считать слабоустойчивыми и неустойчивыми. В этих условиях рекомендуется поддерживающие крепи: бетонная, деревянная, металлическая податливая.
Возможно применение смешанных крепей: штанговой крепи в сочетании с монолитной бетонной и металлической.
На основании вышеизложенного, рекомендуется следующая геомехани-
*Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ ведущих научных школ.
Геомеханическая характеристика массива горных пород
Безразмерный параметр у Н Кы ? 0,3 «О 0, 1 0 0,6 0,7
Оценка в баллах 20 12 10 5
Состояние массива гор- Весьма ус- Устойчивый Средне устой- Неустойчивый
ных пород тойчивый массив чивый массив массив
Таблица 2
Оценка в баллах по обводнённости
Подземные Отсутствуют Мочажины Слабый Сильный Струи
воды капеж капёж воды
Оценка в баллах 15 10 7 4 0
Таблица 3
Оценка в баллах элементов залегания трещин
Простирание трещин Перпендикулярно оси выработки Параллельно оси выработки Независимо от простирания трещин
Падение трещин 45-900 20-450 45-900 25-450 0-200
Оценка качественная Очень благоприятное Благопри- ятное Очень неблагоприятное Удовлетво- рительное Неблагоприят- ное
Оценка в баллах 25 15 0 15 5
ческая характеристика массива горных пород по условию устойчивости (табл. 1).
Для окончательного прогноза устойчивости руд и пород в выработках рекомендуется использовать многопарамет-ровую геомеханическую классификацию (табл. 7). По этой классификации учёту при оценке устойчивости подлежат: характеристика трещиноватости
пород, обводнённость, срок службы выработки и напряжённое состояние массива горных пород (табл. 2-6).
По всем факторам, отмеченным в табл. 2-6, предложена классификация горного массива по устойчивости (табл.
7).
В зависимости от категории устойчивости массива горных пород рекомендуется классификация поддержания
Таблица4
горных выработок в процессе проходки и ведения очистных работ (табл. 8).
Проведение и крепление горных выработок осуществляется в соответствии с «Едиными правилами безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом». М. 2003 г. п.55. Допустимое отставание постоянной крепи от забоя при проходке выработок принимается на момент производства взрывных работ до 60 м для набрызгбетона и от 0,7 до 60 м для штанговой крепи. Для временной - 1 шаг принятого вида крепления выработки.
В табл. 9 представлены значения допустимого отставания крепи и допустимого времени обнажения пород в зависимости от категории устойчивости горного массива.
Оценка в баллах по форме структурного блока
Форма Призматиче- Плитчатая Трапецеи- Клиновидная Хаотичная
блока ская прямо- дальная
угольная
Оценка в баллах 20 17 13 8 3
Таблица 5
Оценка в баллах по сроку службы выработки
Срок службы, лет 1,5 4 7 10 15
Оценка в баллах 8 6 4 2 0
Таблица 6
Оценка в баллах напряжённого состояния массива горных пород
Соотношение напряжений в массиве горных пород а 1,0 1,5 2,0 2,5
Оценка в баллах 15 10 5 0
аг - горизонтальные тектонические напряжения, действующие в массиве пород. ов - вертикальные напряжения, на глубине расположения выработки.___________
Таблица 7
Классификация горного массива
Качественная оценка Весьма устойчивые Устойчивые Средней устойчивости Слабой устойчивости Неустойчивые
Категория I 11а 11б 111а ІІІб ІУа ІУб Уа Уб
Оценка в бал- 90 и более 90-85 75-70 70- 55- 50- 40- 30-35 25 и
лах 65 60 40 35 менее
Рекомендации по величине отставания крепи от забоя относятся к категориям II, III, IV. Первая категория - это вполне устойчивые породы и крепления, как правило, не требуют. Пятая категория - это весьма неустойчивые породы и крепление должно производиться вслед за уходкой до груди забоя.
Допустимое время обнажения пород изменяется от неограниченного для первой категории горного массива до одних суток для IV. Для V категории - крепление должно производиться вслед за подвиганием забоя. Поэтому время обнажения пород в этом случае несколько часов.
При проведении выработок в удароопасных породах при возникновении стреляний горных пород применяется временная предохранительная крепь.
Сопряжения горизонтальных выработок должны быть закреплены в породах категорий устойчивости. Спосо-
бы крепления сопряжений следует выбирать в соответствии с классификацией пород по устойчивости, исходя из максимального пролёта сопряжений (табл. 10).
312
Таблица 8
Выбор крепи в зависимости от категории устойчивости массива горных пород
Характеристика руд и пород Категория устойчивости горного массива Постоянная крепь Временная крепь
Вид крепи Параметры крепи Допустимое отставание от забоя Вид крепи Допустимое отставание от забоя
Основной Альтернатив- ный
1 2 3 4 5 6 7 8
Весьма устойчивые I Не требуется - - - - -
Устойчи-вые 11а Набрызгбетон - Толщина набрызгбе-тона-3 см После проходки Не требуется -
11б Железобетонные штанги, тросовые штанги Полимерные штанги Сетка штанговая (тросовые, железобетонные) 0,7+0,7 м, полимерные 1,0+1,0 м. Глубина штангова-ния-2,0 м После проходки Не требуется
Средней ус-тойчи-вости ІІІа Железобетонные штанги, тросовые штанги + набрызгбе-тон, Полимерные штанги + на-брызгбетон, армирован-ный набрыгбетон Сетка штанговая (тросовые, железобетонные, армированный железобетон) 0,7+0,7 м. Набрызгбе-тон- 3 см. Глубина штангова- ния-2,0 м. Штанги-0,7 м, набрызгбетон-30 м, армированный набрыз-гбетон-15 м Штанги постоянной крепи На-брызгбетон 0,7 м 15 м
ІІІб Железобетонные, тросовые штанги, +сетка металлическая + набрызгбе-тон Полимерные штанги+сетка металличе- ская+набрызгбе тон Сетка штангования (тросовые, железобетонные) 0,7+0,7 м +металлическая сетка с ячейкой 0,1+0,1 м +набрызгбетон 3+5 см Глубина штангова-ния-2,0 м Штанги- 0,7 м. Сетка-30 м. Набрызгбетон-30 м. Глубина штан-гования-2,0 м. Штанги +сетка + набрызгбе- тон 0,7 м 15 м
313
Слабой устойчивости ГУа Железобетонные, тросовые штанги+сетка металличе-ская+набры-згбетон Полимерные штанги+сетка металличе- ская+набрызг бетон Сетка штангования 0,7+0,7 м Глубина штангова-ния-2,0 м. Металлическая сетка с ячейкой 0,1+0,1 м. Набрызгбетон-5 см Штанги- 0,7 м. Сетка+ набрыз-гбе- тон-30 м Штанги, сетка+ на-бры-згбетон 0,7 м 15 м
ГУб Железобетонные, тросовые штанги + сетка металлическая + на-брызгбетон Металлическая арочная крепь Сетка штангования 0,7+0,7 м Глубина штангова-ния-2,0 м. Набрызгбетон-5 см. СВП 17, 22 трапециевидная через 1,0 м Штанги- 0,7 м. Металлическая крепь-1,0 м. Штанги +набрызгбет он+сетка Металлическая арочная с шагом 1,0 м 0,7 м 15 м 1,0 м
Неустойчи- вые Vа Металлическая арочная Монолитный бетон, железобетон Металлическая арочная СВП-22, 27 через 0,5 м +железобетонная или металлическая затяжка Металлическая арочная - 0,5 м Металлическая арочная с шагом 0,5 м Без отставания
Vб Бетонная, железобетонная Металлическая арочная СВП-27, 33 или с опережающей крепью Без отставания Металлическая арочная с шагом 0,5 м Без отставания
314
Таблица 9
Допустимое время обнажения горного массива и отставание постоянной крепи от забоя
Категория устойчивости горного массива Оценка степени устойчивости Общая характеристика состояния пород Допустимое время обнажения пород Допустимое отставание постоянной крепи от забоя, м
Набрыз- гбетонная крепь Штанговая крепь Металлическая арочная крепь Монолитная бетонная Железобетон- ная
І Весьма устойчивые Вывалы отсутствуют Практически неограничен- ное
ІІ Устойчивые Возможны отдельные незначительные отслоения До 6 мес. 60 60
ІІІ Средней устойчивости Возможно образование вывалов, как правило, из кровли выработки 10-15 суток 10-30 Вслед за подвига-нием забоя
ІУ Слабой устойчивости Образование вывалов вскоре после обнажения пород, возможно образование вывалов в боках выработки Не более суток 10 Вслед за подвига-нием забоя Вслед за подвигани-ем забоя 20-30
V Неустойчивые Обрушение пород вслед за обнажением Крепление вслед за под-виганием забоя, применение опережающей крепи 20-30 20-30
Таблица 10
Крепление сопряжений нарезных выработок
Категория пород по устойчивости Вид выработки Ширина выра ботки, м Вид и параметры крепи
Железобетонные, тросовые, полимерные штанги Постоянный вид крепи
Глубина штанго- вания, м Сетка штанго- вания, м Отставание крепи, м
В породах и рудах: 1-111 категории устойчивости Скреперные, буровые, вен-тиляцион-ные 2,5-3,2 2,0 0,7*0,7 0,7
В породах и рудах: ГУ^ категории Скреперные, буровые, вен-тиляцион-ные 2,5-3,2 Временные виды крепи Специальные виды крепи
На основании данных исследований по выбору и определению крепи и её параметров разработана «Инструкция по креплению и подержанию капитальных, подготовительных, нарезных и разведочных выработок на шахте С-
Песчанская Богословского рудоуправления».
Данная инструкция прошла аппроба-цию на шахте и сегодня используется как нормативный документ по выбору типа и параметров крепи в различных горно-геологических условиях, птш
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Боликов В.Е., Никитин А.М. — ИГД УрО РАН,
Васильев М.В. - ОАО «Богословское рудоуправление».
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 1 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. А.М. Гальперин.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
1_Боликов1
Н:\Новое по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-4\07 С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коат^\Мкго80й\ШаблоныШогта1Ло1т © А
123
13.02.2009 14:26:00
3
18.02.2009 12:38:00 Пользователь
6 мин.
24.03.2009 0:00:00
7
1 607 (прибл.)
9 163 (прибл.)
