Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И РАСЧЕТУ КРЕПИ

Рекомендовано к изданию решением Ученого совета ВНИМИ и ВНИИОМШС Минуглепрома СССР.

Составлено к главе СНиП II-94-80 «Подземные горные выработки» и содержит материалы, детализирующие эти нормы, а также примеры расчетов устойчивости пород выработки, величин их смещений, нагрузок на крепь и параметров крепи.

Для инженерно-технических работников проектных, научно-исследовательских и производственных организаций, связанных с шахтным и подземным строительством.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство составлено к главе СНиП II-94-80 «Подземные горные выработки». В Руководстве даются разъяснения норм проектирования подземных выработок и использования их в конкретных условиях вновь строящихся, реконструируемых и расширяемых действующих предприятий угольной, горнорудной и нерудной промышленности. В Руководстве также содержатся вспомогательные данные для проектирования.

Руководством детализируются нормы проектирования вертикальных, горизонтальных выработок и камер по целесообразным способам их размещения, компоновки и взаимной увязки, условиям поддержания выработок в зависимости от назначения, срока службы, а также роли в обеспечении функционирования горного предприятия. Приведены рекомендации и примеры расчетов устойчивости пород в выработках, определения величин смещения пород и нагрузок на крепь; обоснован выбор и расчет рациональных типов и конструкций крепи, обеспечивающих в различных горно-геологических условиях высокую эффективность поддержания выработок в течение всего срока их службы при наименьших затратах труда, времени и материалов.

Текст главы СНиП II-94-80, устанавливающий требования по вопросам проектирования подземных горных выработок, выделен слева вертикальной чертой. К пунктам Руководства в скобках даны пункты главы СНиП II-94-80. В пунктах Руководства поясняются обязательные нормативные требования главы СНиП, даются рекомендации по порядку их применения, приводятся различные вспомогательные данные и примеры расчетов по формулам главы СНиП. Методики расчетов и конкретные примеры расчетов выработок приведены в Приложениях к Руководству.

Нумерация формул, рисунков и таблиц в основном тексте Руководства двойная: первый номер соответствует сквозной нумерации Руководства, а второй (если он есть) — нумерация главы СНиП. В каждом из Приложений к Руководству формулы, рисунки и таблицы имеют самостоятельную нумерацию.

Руководство разработано ВНИМИ и ВНИИОМШС Минуглепрома СССР с участием Центрогипрошахт Минуглепрома СССР, ВНИИГалургии Минхимпрома, ТулПИ Минвуза РСФСР, МАКИСИ и КГМИ Минвуза УССР, ЛГИ им. Г.В. Плеханова Минвуза РСФСР.

При разработке Руководства использованы результаты выполненных научно-исследовательских и опытно-промышленных работ, отечественный и зарубежный опыт проектирования и строительства предприятий угольной, горнорудной и химической промышленности, а также отраслевые и справочные материалы по характеристикам пород, материалам крепей, по компоновочным и конструктивным проектным решениям, способам и параметрам охраны и защиты выработок, а также выбору и расчету конструкций и параметров крепей.

При составлении Руководства учтены также предложения и замечания специалистов Госстроя СССР, Союзшахтопроекта, институтов Днепрогипрошахт, Донгипрошахт, Гипрошахт, Южгипрошахт, ИГД им. Скочинского Минуглепрома СССР, Кривбасспроект и НИГРИ Минчермета СССР, ИГД СО АН СССР, Гипроникель и Гипроцветмет Минцветмета СССР, НИИОСП им. Герсеванова и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР.

Составителями Руководства, а также соответствующих разделов СНиП являются:

от ВНИМИ: д-р техн. наук, проф. К.А. Ардашев — общее руководство, составление и редактирование всех разделов и Приложений; д-р техн. наук Н.А. Филатов — составление и редактирование всех разделов и Приложений; канд. техн. наук А.М. Ко́зел — руководство и составление разд. 3 и Приложений к нему, а также участие в составлении разд. 2 и Прил. 1; канд. техн. наук Ю.М. Басинский — руководство и составление разд. 4 - 5, Приложений к ним, а также участие в составлении разд. 2; канд. техн. наук. Б.В. Матвеев — составление части разд. 1 по инженерно-геологическим и гидрогеологическим изысканиям и Прил. 2; канд. техн. наук А.А. Репко, инженеры А.С. Тютерев, М.Б. Хусид и А.И. Савельев — составление разд. 3 и Приложений к нему; кандидаты техн. наук А.Г. Акимов, Е.В. Бошенятов — составление Прил. 5; кандидаты техн. наук Б.З. Амусин, Ю.П. Коренной, Е.А. Иванов, В.Н. Рева, инж. В.В. Комиссаров — составление разд. 4 - 5 и Приложений к ним, а также участие в составлении разд. 2; инж. М.П. Морозов — составление Прил. 12; инж. Г.П. Пискунова — участие в составлении Прил. 20; канд. техн. наук В.А. Борисовец — участие в составлении разд. 3 в части корректировки нагрузок и применения набрызгбетонной и комбинированной крепей.

От ВНИИОМШС: канд. техн. наук И.Г. Косков — общее руководство, составление разделов и Приложений в части выбора крепи, требований к материалам и конструкциям крепи; кандидаты техн. наук В.П. Друцко, А.Н. Инфантьев, В.А. Прагер, С.А. Бернштейн, инженеры Ю.С. Шаповал, А.Ю. Шевцов — составление разделов и Приложений к части выбора крепи, требований к материалам и конструкциям крепи; инж. Л.С. Крастошевский — составление Прил. 9.

От Центрогипрошахт: канд. техн. наук В.М. Еремеев, инж. К.Я. Зотова — составление всех разделов в части объемно-планировочных и конструктивных решений.

От ВНИИГалургии: канд. техн. наук Э.Ф. Житков, инж. В.С. Лейтес — составление разделов в части проектирования выработок в соляных породах.

От ТулПИ: д-р техн. наук, проф. В.Н. Каретников, д-р техн. наук проф. Н.С. Булычев, д-р техн. наук Н.Н. Фотиева — составление Прил. 21 и 22 совместно с канд. техн. наук Б.З. Амусиным (ВНИМИ).

От МАКИСИ: д-р техн. наук, проф. Ю.З. Заславский, кандидаты техн. наук Е.Б. Дружко, И.И. Качан, инж. И.А. Пшеничный — составление Прил. 15.

От КГМИ: канд. техн. наук Г.Г. Литвинский — составление Прил. 16.

От ЛГИ им. Г.В. Плеханова: канд. техн. наук О.В. Тимофеев — составление Прил. 14.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Общие указания

&1.1 (1.1). Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании подземных горных выработок для новых, реконструируемых и расширяемых действующих предприятий по добыче полезных ископаемых.

Нормы распространяются на проектирование подземных горных выработок, располагаемых в зоне и вне зоны влияния очистных работ.

Примечания. 1. Настоящие нормы не распространяются на проектирование подземных горных выработок, сооружаемых на глубине более 1500 м или специальными способами проходки, а также очистных выработок и располагаемых в пределах выемочных участков, выработок выщелачивания и предприятий подземной газификации.

2. Подземные горные выработки в последующем тексте именуются — «выработки».&

1.2. Рекомендации Руководства распространяются на проектирование шахтных стволов, штолен, шурфов, рудоспусков, бункеров, выработок околоствольных дворов, камер, магистральных квершлагов, штреков, уклонов, бремсбергов и других капитальных выработок с сечением до 100 м2, шахт и рудников, в том числе гидрошахт.

В Руководстве, так же, как и в СНиП, не рассматриваются вопросы проектирования участковых выработок, расположенных на границе с выработанным пространством (выемочные штреки, просеки, сбойки и т.п.) и в выработанном пространстве, охраняемых бутовыми полосами и другими искусственными ограждениями, применительно к которым следует руководствоваться отраслевыми нормативными документами.

&1.3 (1.2). Выработки следует проектировать на основе:

данных, определяющих назначение, срок службы, условия возведения и эксплуатации выработок;

результатов инженерных изысканий, включающих данные инженерно-геологического, гидрогеологического и маркшейдерско-геодезического изучения мест размещения выработок;

требований нормативных документов, утвержденных или согласованных Госстроем СССР, государственных стандартов, законодательных актов по экономии земель, охране и рациональному использованию недр и природных ресурсов, а также правил безопасности, утвержденных Госгортехнадзором СССР, и требований органов Государственного санитарного надзора СССР.&

1.4. Проектирование выработок является неотъемлемой составной частью проектирования подземного предприятия в целом.

В задании на проектирование выработок предусматривается:

вид строительства (новое, расширение, реконструкция);

класс выработки, ее назначение и роль в функционировании предприятия;

характеристика условий проведения и эксплуатации выработки (глубина заложения, протяженность, форма поперечного сечения, особенности условий и т.п.);

сроки службы (с учетом перспективы ввода в работу).

Основные подразделения выработок и характеристики, определяющие условия их эксплуатации, представлены в табл. 1. Указанная таблица позволяет разрабатывать проектные решения с учетом значимости выработок в обеспечении нормальной эксплуатационной работы предприятия.

1.5. Материалы инженерных изысканий обеспечивают получение исходных данных для проектирования конкретной выработки. Состав, объем и детальность инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий определяются положениями пп. 1.21 (1.8) - 1.44 Руководства. Кроме того, в комплекте геологической, маркшейдерско-геодезической и топографической документации необходимо иметь:

геологическую карту участка месторождения и геологические разрезы по разведочным линиям и скважинам;

каталог координат разведочных скважин;

геологические журналы скважин и книги учета скважин;

гипсометрические планы боковой поверхности тел полезных ископаемых;

геологические планы по горизонтальным сечениям месторождения полезных ископаемых;

топографический план площади проектируемого горного предприятия в масштабе 1:2000 (или 1:5000);

схему расположения пунктов маркшейдерской опорной сети и каталог их координат;

планы и профили подземных коммуникаций по площади проектируемого предприятия;

для реконструируемых предприятий дополнительно — план промышленных площадок, пластовые и погоризонтные планы горных работ.

1.6. Проектирование выработок производится с учетом положений «Инструкции по разработке проектов и смет для промышленного строительства. СН 202-76» (М., Стройиздат, 1976). При этом надлежит непременно руководствоваться:

документами директивных органов и другими нормативными актами по вопросам проектирования и капитального строительства;

документами по основным техническим направлениям в проектировании;

строительными нормами и правилами (СНиП);

нормами технологического проектирования, а также «Техническими правилами по экономному расходованию основных строительных материалов» ТП 101-76 (М., Стройиздат, 1976);

стандартами и ГОСТами на строительные материалы, детали и инструкции.

1.7 С проектированием выработок непосредственно связаны следующие действующие главы СНиП:

I-2-80 «Строительная терминология»;

II-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика»;

II-В.2-71 «Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования»;

II-В.3-72 «Стальные конструкции. Нормы проектирования»;

II-6-74 «Нагрузки и воздействия»;

II-7-81 «Строительство в сейсмических районах»;

II-15-74 «Основания зданий и сооружений»;

II-8-78 «Здания и сооружения на подрабатываемых территориях»;

II-18-76 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;

II-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции»;

II-25-80 «Деревянные конструкции»;

II-28-73*, изд. 1980 г. «Защита строительных конструкций от коррозии».

&1.8 (1.3). Проектирование выработок предприятий по добыче полезных ископаемых должно производиться исходя из условий снижения трудоемкости, материалоемкости и сметной стоимости строительства и применения широкой механизации горнопроходческих работ, а также в соответствии с требованиями Инструкции по разработке проектов и смет для промышленного строительства с учетом особенностей шахтного и горнорудного строительства:

а) разработка нескольких вариантов размещения, компоновки и взаимной увязки выработок с учетом их назначения, условий сооружения и эксплуатации, включая вопросы вентиляции, водоотлива и транспорта, технологии и организации строительства, предусматривая в каждом варианте максимально возможную прямолинейность выработок и минимальное количество типоразмеров сечений выработок, а также трудоемких в проведении сопряжений, заездов и приемных площадок;

б) проведение расчетов для каждого из вариантов по определению устойчивости пород выработок, формы и размеров их поперечного сечения, расстояния между выработками, величин смещения пород и нагрузок на крепь, конструкций и параметров крепи с учетом мер охраны и защиты выработок, способов их сооружения и с использованием действующих типовых проектов выработок, отвечающих требованиям настоящих норм;

в) технико-экономическое сравнение показателей вариантов и принятие на их основе оптимального решения по минимальным суммарным затратам при строительстве и эксплуатации выработок с учетом наиболее целесообразного использования недр.

Объемно-планировочные и конструктивные решения выработок должны учитывать опыт их сооружения в аналогичных горно-геологических и гидрогеологических условиях, применение передовой технологии и организации горнопроходческих работ и обеспечивать эксплуатацию выработок в течение установленного проектом срока их службы.

Проектирование выработок, пригодных к дальнейшему использованию после извлечения из недр полезного ископаемого, следует производить в соответствии с настоящими нормами с учетом требований Инструкции по проектированию народнохозяйственных объектов, размещаемых в отработанных горных выработках.&

1.9 Эксплуатационную пригодность выработок рекомендуется обеспечивать:

выбором целесообразного места их размещения, компоновки и увязки, а также оптимальными габаритами, исходя из заданной производственной мощности горного предприятия и безопасности ведения горных работ;

эффективным учетом горно-геомеханических воздействий массива горных пород на выработку и ее крепь;

применением рациональных горных мер охраны и конструктивных мер защиты выработки.

1.10. С целью повышения качества оценки вариантов, ускорения сроков и эффективности проектирования выработок целесообразно использовать возможности вычислительной техники, в том числе применять автоматизированные системы проектирования.

1.11. Действующие в настоящее время типовые проекты выработок рекомендуется использовать, когда типовой проект в рассматриваемых конкретных условиях обеспечивает безремонтное эксплуатационное состояние выработки в течение срока ее службы.

Например, типовое сечение с податливой металлической арочной трехзвенной крепью типа АПК следует применять только в условиях, когда расчетные смещения пород кровли выработки меньше величин конструктивной податливости этой крепи.

&1.12 (1.4). Проектирование выработок в условиях опасности горных ударов, самовозгорания угля, выбросов угля, породы и газа, динамических воздействий, сейсмичности района свыше 7 баллов, повышенной температуры горных пород, в зоне вечной мерзлоты и др. должно производиться с учетом дополнительных требований, предусмотренных для таких случаев общесоюзными и ведомственными документами или на основе результатов исследований, выполненных специализированными организациями.&

1.13. Общесоюзные документы, отражающие особенности указанных в п. 1.12 (1.4) условий проектирования выработок, даны в «Перечне действующих общесоюзных нормативных документов по строительству».

Некоторые примеры расчета крепи таких выработок приведены в Прил. 21 и 22.

&1.14 (1.5). При проектировании временных (на период строительства) выработок необходимо соблюдать требования, предъявляемые к постоянным выработкам того же назначения, согласно настоящим нормам. При этом предусматривать максимальное использование временных выработок при дальнейшей эксплуатации предприятия по добыче полезных ископаемых.

1.15 (1.6). В составе проектов особо ответственных выработок, нарушение которых ведет к остановке всего предприятия, для контроля их состояния следует предусматривать установку контрольных приборов и замерных станций.&

1.16. Требованиями п. 1.15 (1.6) предусматривается, что установка в выработках контрольно-измерительных приборов, замерных станций и проведение измерений являются составной частью проекта выработки.

В проекте определяются цели и задачи проводимых измерений, предлагаются схемы размещения измерительных приборов и аппаратуры, а также методика измерений, обработки и использования результатов.

1.17. Основное целевое назначение контрольных наблюдений и измерений в выработке в большинстве случаев заключается в определении фактических характеристик горных пород и крепи и установлении соответствия принятых при проектировании параметров охраны, защиты и крепи требуемым в конкретных условиях. По состоянию устойчивости пород и деформированию крепи выработки производится оценка фактического влияния различных факторов и воздействий и своевременно могут быть приняты профилактические меры по недопущению нарушения эксплуатационного состояния выработки.

1.18. Контрольные наблюдения и измерения за состоянием особо ответственных выработок в период строительства предприятия и освоения района проводятся под авторским надзором проектной организации геолого-маркшейдерскими службами строительной организации. В период эксплуатации предприятия наблюдения продолжаются геолого-маркшейдерскими службами шахты или рудника.

1.19. При проектировании выработок в сложных горно-геологических условиях, особенно на малоизученных месторождениях, либо осложненных особенностями п. 1.12 (1.4) настоящих норм (где требуется, как правило, принятие нестандартных решений), наряду с проведением контрольных наблюдений и измерений рекомендуется также предусматривать в проектах установку специальных замерных станций. Последние позволят получить более полные и надежные исходные данные, дадут возможность проверить и уточнить принятые при проектировании способы охраны, защиты и крепи и выбрать оптимальные проектные решения, в том числе для других выработок, располагаемых в аналогичных условиях.

Для выполнения указанных работ необходимо в ряде случаев предусматривать проведение специальных разведочных выработок и скважин.

Проекты специальных замерных станций разрабатываются с привлечением специализированных научно-исследовательских институтов; наблюдения выполняются этими организациями либо под их руководством и контролем службами геомеханики предприятия.

Рекомендации по разработке проектов, проведению контрольных измерений и исследований в особо ответственных выработках даны в Прил. 1 Руководства.

&1.20 (1.7). Проекты вентиляции и кондиционирования воздуха, водоотлива, электроснабжения и подземного транспорта на предприятиях по добыче полезных ископаемых должны разрабатываться в соответствии с нормами технологического проектирования и другими отраслевыми нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания

1.21 (1.8). Инженерные изыскания для проектирования и строительства выработок следует выполнять в соответствии с требованиями главы СНиП по инженерным изысканиям для строительства, а также с учетом особенностей подземного строительства, предусмотренных настоящими нормами.

1.22 (1.9). Исходные инженерно-геологические материалы для проектирования выработок должны включать следующие данные:

геоморфологию места намечаемого расположения проектируемой выработки, включая стратиграфию и тектонику массива горных пород, а при необходимости — и топографию земной поверхности;

литологическую характеристику пород массива;

результаты испытаний механических свойств пород массива;

гидрогеологическую характеристику массива, характеристику его газоносности и, при необходимости, геокриологические данные.

Степень детальности перечисленных исходных данных должна повышаться путем уплотнения сетки разведочных скважин по мере приближения к месту расположения проектируемой выработки.&

1.23. При проектировании выработки вблизи уже существующих выработок (открытых или подземных, вскрывающих или очистных) материалы должны включать сведения о месте их расположения и возможном влиянии на проектируемую выработку в отношении изменения исходного состояния горного массива, обводнения выработки, а также характеристик состава, строения и свойств горных пород вокруг этих выработок.

1.24. Данные о рельефе и гидрологии земной поверхности, а также геокриологические данные включаются в состав инженерно-геологических материалов в случаях их существенного влияния на строительство или эксплуатацию проектируемой выработки. Например, для выработок неглубокого заложения и шахтных стволов необходимы данные о водоемах и водотоках на поверхности и о характеристиках зон многолетней мерзлоты.

1.25 Детальность инженерно-геологических материалов обеспечивается:

представительностью исходных данных в отношении мест проектируемого заложения выработки;

достаточностью и надежностью этих данных для учета при проектировании всех факторов, от которых зависят проектное решение и его необходимая точность.

Повышение степени детальности, а также представительности исходных данных наряду с уплотнением сетки разведочных скважин осуществляется путем повышения детальности инженерно-геологических материалов по интервалам глубины скважин вблизи горизонта расположения проектируемой выработки.

&1.26 (1.10). Исходные данные для проектирования выработок получаются путем:

использования имеющихся фондовых данных о результатах проведенной геологической разведки (предварительной, детальной, доразведки) и маркшейдерско-геодезических съемок;

проведения геологических, гидрогеологических и других работ инженерно-геологических изысканий, включая бурение инженерно-геологических скважин непосредственно в местах предполагаемого расположения проектируемых выработок.

При проведении инженерных изысканий должно предусматриваться бурение:

вертикальных контрольно-стволовых скважин для каждой проектируемой вертикальной выработки;

вертикальных или наклонных скважин по осевым линиям горизонтальных и наклонных магистральных выработок;

горизонтальных опережающих скважин в направлении проектируемых выработок вкрест простирания массива пород.&

1.27. Содержание фондовых материалов геологической разведки и маркшейдерско-геодезических съемок должно соответствовать утвержденным ГКЗ при СМ СССР инструкциям.

При проектировании выработок на действующих или реконструируемых, предприятиях в качестве фондовых материалов целесообразно использовать имеющиеся материалы геологической и маркшейдерской служб предприятия.

1.28. Данные фондовых материалов используются для предварительной проработки вариантов размещения выработок и определения на этой основе необходимого состава и объемов проведения инженерно-геологических, гидрогеологических и других изысканий, содержание которых устанавливается программой (заданием) отдельно по всем выработкам и по предприятию в целом.

1.29. В целях получения представительных исходных данных для проектирования вертикальных шахтных стволов по каждому месту заложения проходимого или углубляемого ствола предусматривается, как правило, бурение одной вертикальной контрольно-стволовой скважины на расстоянии не более 10 — 15 м от оси проектируемого ствола.

При проходке (углублении) вертикального ствола на месторождении с невыдержанными условиями залегания (гр. 3 по классификации ГКЗ) или на участке месторождения с относительно выдержанными условиями (гр. 2 по ГКЗ), но с крутым или наклонным падением или с геологическими нарушениями в радиусе до 100 м от оси ствола, число контрольно-стволовых скважин рекомендуется увеличить до двух или трех на шахтный ствол. При двух скважинах их располагают в плане по профилю, направленному вкрест простирания пород, причем одна из них располагается не далее 10 — 15 м от оси ствола, а другая — не менее чем в 20 и не более чем в 50 м от первой. При трех скважинах их располагают в плане треугольником, наибольший угол которого не превышает 95°; в вершине этого угла бурят ближайшую (не далее 10 — 15 м от оси ствола) скважину, а две другие — по профилям, располагаемым в направлении простирания и вкрест простирания пластов, с расстояниями между скважинами не менее 20 и не более 50 м.

При проходке сближенных вертикальных шахтных стволов с расстояниями между их осями не более 100 м одна из указанных двух или две из трех контрольных скважин на каждый ствол принимаются общими для обоих сближенных стволов.

Контрольно-стволовые скважины бурятся не менее чем на 15 м глубже проходимого (углубляемого) шахтного ствола.

1.30. В целях получения представительных исходных данных для проектирования горизонтальных и наклонных выработок I и II классов значимости (см. табл. 1 Руководства), проходимых вкрест простирания пород либо на участках с невыдержанными условиями залегания (гр. 3 по классификации ГКЗ), рекомендуется бурить вдоль оси выработки опережающую скважину. Длина скважины принимается с расчетом на превышение проектной длины выработки до 30 м.

Если бурение опережающей скважины не предусматривается [например, при проектировании выработок III или IV классов значимости (см. табл. 1 Руководства) либо проходимых в направлении простирания слоев массива с выдержанными условиями залегания], то целесообразно бурить с дневной поверхности или из имеющихся выработок по профилю оси выработки по всей ее длине ряд вертикальных (или наклонных) скважин. Расстояние между скважинами в ряду рассчитывается на вскрытие всех пересекаемых выработкой слоев массива и ожидаемых по фондовым данным тектонических нарушений. Для выработок, проходимых по простиранию участка массива с выдержанными условиями залегания, это расстояние не должно быть больше 200 м. Длину скважин назначают с расчетом на бурение до 30 м ниже горизонта проектируемой выработки.

1.31. При бурении скважин инженерных изысканий их конструкция, технология и режим бурения должны обеспечить выполнение условий, необходимых для получения данных о строении и составе массива, физико-механических свойствах и нарушенности слагающих его пород по всем скважинам изысканий и гидрогеологических данных, в том числе: установление мест расположения контактов между слоями пород, послойное их литологическое описание; максимально возможный выход представительного керна в интервалах, включающих массив пород от 100 м выше и до 30 м ниже намечаемого горизонта расположения проектируемой выработки и определение по керновым пробам показателей физико-механических свойств и нарушенности пород.

1.32. В составе инженерных изысканий непременно предусматриваются работы по контролю данных изысканий, устанавливаемых по результатам бурения скважин, состоящие из выполнения в период проходки проектируемых выработок:

геологического описания фактического сложения массива, состава и трещиноватости пород в стенках выработок с отбором проб этих пород и определением их физико-механических свойств;

наблюдений за проявлениями горного давления в соответствии с рекомендациями п. 1.19 и Прил. 1 настоящего Руководства;

гидрогеологических, а при необходимости и геокриологических наблюдений и измерений фактических водопритоков и т.п.

При выявлении существенного отличия контрольных данных от принятых в качестве исходных при проектировании необходим оперативный пересмотр проектных решений.

&1.33 (1.11). Стратиграфические и тектонические данные сложения массива горных пород, а также данные об их литологическом составе должны устанавливаться в основном из имеющихся материалов геологической разведки по сетке скважин и по скважинам, размещенным вблизи мест расположения вскрывающих выработок.

Эти данные контролируются и уточняются результатами геологических работ инженерных изысканий.

Указанные данные должны содержать привязанные к маркшейдерской сети параметры залегания (глубина, мощность, угол падения, азимуты простирания, выдержанность) всех литологически различающихся пластов, слоев и других морфологических элементов, а также сведения о подработке горного массива, его сдвижениях и деформациях.

Литологическая характеристика пород должна быть дана для пластов (слоев) в интервале и с детальностью, указанными для стратиграфических и тектонических данных. Эта характеристика должна включать установление типа и наименования пород с учетом имеющихся на месторождении (в бассейне) классификаций литогенетических типов пород, а также характеристик, определяющих этот тип. Тщательно и подробно должны быть установлены параметры залегания, а также вещественного состава и структурной нарушенности слабых слоев и прослоев, склонных к выдавливанию и пучению, а также контактов морфологических элементов с малой степенью связности (зеркала скольжения, трещины, разрывы и др.).

Материалы инженерно-геологических изысканий должны содержать данные о тампонаже разведочных скважин, а также о наличии и состоянии ранее пройденных выработок.&

1.34 Геоморфологическая оценка по данным разведки района расположения проектируемых выработок включает:

указание об отнесении района к регионам (месторождениям, бассейнам) существенных современных тектонических процессов с данными об их количественных показателях;

геоморфологическую характеристику массива горных пород, включая рельеф и гидрологию дневной поверхности, с установлением группы геологической выдержанности по классификации ГКЗ при СМ СССР; определение показателя тектонической нарушенности дизъюнктивами горного массива, определяемого по суммарной протяженности разрывных нарушений (в м на 1 га) на площади 4 — 6 га в местах проектируемого размещения выработок.

Например, поля шахт Донецкого и Карагандинского бассейнов характеризуются, в основном, нарушенностью в пределах до 150 м на 1 га; для большей части Прокопьевско-Киселевского района — 150 — 250 м на 1 га.

1.35. Параметры строения и литологические характеристики массива горных пород по контрольно-стволовым скважинам и по скважинам вдоль оси проектируемых горизонтальных и наклонных выработок, опережающим их проходку, изучаются по всей длине этих скважин, а по вертикальным (наклонным) скважинам инженерных изысканий, пробуренным по профилю осевых линий горизонтальных и наклонных выработок, — в интервалах глубин от 100 м выше до 30 м ниже намечаемого горизонта расположения проектируемой выработки.

Исходные данные по этим скважинам, интервалам должны содержать:

литолого-петрографическое описание (литотип) всех морфологических элементов <1> (слоев, линз, пластов и т.п.) при их толщине более 0,1 м;

регистрацию мест расположения и ориентировки в пространстве всех контактов между морфологическими элементами массива с характеристикой связности этих контактов и выявлением контактов с малой связностью: зеркально-гладких со следами скольжения и примазками глинистых и чешуистых минералов, включая углисто-глинистые прослои мощностью до 0,1 м.

<1> Морфологическим элементом массива горных пород (слоем, пластом и т.п.) считается ограниченная межслоевыми контактами в направлении нормали к залеганию порода одного литогенетического типа с различием характеристик по мощности в пределах +/- 15%.

&1.36 (1.12). Физико-механические свойства и структурная нарушенность пород должны определяться в интервалах по мощности залегания:

до 20 м выше и до 10 м ниже горизонта намечаемого расположения выработки — детально для всех слоев, пластов, прослоев мощностью свыше 0,3 м и для представителей всех литотипов слоев мощностью от 0,1 до 0,3 м;

от 20 до 100 м выше и от 10 до 30 м ниже горизонта намечаемого расположения выработки — укрупненно для представителей всех имеющихся литотипов пород слоев мощностью свыше 1 м.

Для вертикальных контрольно-стволовых скважин детальное изучение физико-механических свойств и структурной нарушенности пород должно быть выполнено по всему интервалу бурения.

Для всех изученных слоев пластов, прослоев и прочих морфологических элементов должны быть выполнены механические испытания керновых проб и установлены средние значения сопротивления пород одноосному сжатию, а также плотности, естественной влажности, коэффициента сцепления, угла внутреннего трения, модуля упругости, коэффициента Пуассона.

Данные о структурной нарушенности горных пород следует устанавливать по их керну для указанных выше интервалов. Должны определяться число, генетический тип и морфология системы трещин, оценка их частоты, ориентировка в пространстве, прерывистость, величина раскрытия и степень связности трещин, наличие и состав связующего, наличие поверхностей с малой связностью (с глинистыми заполнителями, зеркала скольжения и др.).&

1.37 В качестве проб пород для определения показателей их свойств могут использоваться:

части бурового керна диаметром не менее 40 мм и длиной не менее 160 мм;

обломки произвольной, в том числе неправильной, формы размером не менее 40 x 40 x 40 мм (для слабых и структурно-нарушенных пород, разделяющихся при извлечении керна на обломки);

мелочь размером не менее 20 x 20 x 10 мм (при выходе керна в виде мелочи);

куски размером не менее 250 x 250 x 300 мм (при контрольном опробовании пород в стенках горных выработок).

Необходимое количество кусков породы в пробе устанавливают с учетом предусмотренного метода испытаний.

Технология отбора, хранения и транспортировки проб и подготовки из них образцов для испытаний должны обеспечить привязку их к месту отбора и наилучшую сохранность естественного состояния породы, особенно их влажность. Для получения представительных показателей физико-механических свойств грунта слабые полускальные и глинистые породы (мергели, аргиллиты и т.п.) необходимо «испытывать непосредственно после извлечения керна из скважины. Пробы других пород в случае невозможности их испытаний непосредственно после извлечения из скважины следует консервировать принятыми методами.»

1.38. Структурная нарушенность пород оценивается средней величиной расстояния между трещинами и другими поверхностями с малой связностью. Этот показатель рекомендуется устанавливать по данным о целостности извлекаемого из скважины керна и среднему расстоянию между его естественными разломами, руководствуясь табл. 2.

При выполнении контрольных геологических описаний стенок проектируемых выработок при их проходке характеристику структурной нарушенности пород трещинами определяют прямым замером расстояний между ними.

1.39. Определение сопротивления горных пород одноосному сжатию следует проводить прямыми механическими испытаниями изготовленных из керновых проб породных образцов со статистической обработкой результатов испытаний по ГОСТ 20522-75. Другие перечисленные в п. 1.36 (1.12) показатели допускается определять как экспериментально, так и расчетом, с использованием имеющихся корреляционных связей их со значениями сопротивления одноосному сжатию, а также принимать по имеющимся справочным данным.

1.40 Определение сопротивления пород одноосному сжатию рекомендуется выполнять одним из следующих методов:

раскалывание сферическими инденторами образцов произвольной, в том числе неправильной, формы полевыми приборами БУ-39 по ГОСТ 24941-81 — основной рекомендуемый метод;

сжатие цилиндрических образцов высотой в пределах 0,6 — 2,2 диаметра между плитами пресса согласно ГОСТ 21153.2-75;

раздавливание дисковых образцов плоскими соосными пуансонами;

толчения (надежность грубых испытаний) — применяется при испытании чрезвычайно трещиноватых пород (по классификации нарушенности по п. 1.38 Руководства), разделяющихся при извлечении проб на мелкие осколки.

Определение сопротивления пород растяжению рекомендуется выполнять методами:

раскалывания сферическими инденторами образцов произвольной, в том числе неправильной, формы по ГОСТ 24941-81;

раскалывания лежачих цилиндрических образцов между двумя плитами пресса по ГОСТ 21153.3-75.

Определение показателей объемной прочности (коэффициента сцепления и угла внутреннего трения) рекомендуется выполнять с учетом уровня напряженности пород в месте расположения проектируемой выработки, применяя один из следующих методов:

разрушения образцов в стабилометре трехосно сжимающими нагрузками — основной рекомендуемый метод;

среза образцов по задаваемой плоскости в разъемных матрицах по ГОСТ 21153.5-75 (для скальных и полускальных пород) или по ГОСТ 12248-78 (для грунтов).

Определение показателей деформируемости пород (модуля упругости и коэффициента Пуассона) рекомендуется выполнять методами:

вдавливания в образцы сферических инденторов по ГОСТ 24941-81;

ультразвукового прозвучивания образцов с определением скорости распространения ультразвука по ГОСТ 21153.7-75.

Определение плотности (объемного веса) пород рекомендуется выполнять методом обмера и взвешивания образцов по ГОСТ 5182-78.

Определение влажностных показателей пород рекомендуется выполнять методами:

для влажности (весовой и относительной) — по ГОСТ 5180-75;

для степени водонасыщения — по ГОСТ 8265-71.

1.41. Результаты определения данных о физико-механических свойствах и структурной нарушенности пород по скважинам инженерно-геологических изысканий рекомендуется представлять совместно с данными о строении массива пород. Пример такого представления дан в табл. 3.

Примечание. В скобках даны значения показателей, полученные расчетом с использованием имеющихся корреляционных зависимостей.

&1.42 (1.13). Гидрогеологические, а при необходимости, криологические данные должны устанавливаться в основном по имеющимся материалам геологической разведки по сетке скважин. Эти данные контролируются и уточняются результатами дополнительных гидрогеологических работ по скважинам инженерных изысканий.

Гидрогеологические данные должны содержать сведения о расположении и мощности водоносных горизонтов, степени обводненности пород в местах предполагаемого размещения проектируемых выработок, гидростатических и гидродинамических напорах, характеристике химической агрессивности вод, расположении и характеристике водоупоров, условиях питания и дренажа водоносных горизонтов, показателях их фильтрационной способности и связи с поверхностными водотоками и водоемами, расположении и характеристике карстов и плывунов.

Криологические данные должны содержать сведения о расположении, конфигурации и размерах многолетнемерзлых частей массива горных пород, характеристике их льдистости и влажности и показателях механических свойств при оттаивании и замораживании, показателях теплопроводности пород массива, сведениях о тепловом поле и геотермическом градиенте, характеристике изменения границ промерзания в результате действия сезонно-климатических и гидрогеологических факторов.&

1.43. Гидрогеологические материалы по сетке скважин геологической разведки используются проектной организацией, с учетом справочных данных о гидрогеологических характеристиках типичных горных пород, для проработки предварительных вариантов размещения выработок, определения состава и объемов необходимых изысканий по установлению фактических гидрогеологических и криологических показателей в местах проектируемого расположения выработок и прогнозированию влияния выработок на гидрогеологический, гидрологический и криологический режим массива и земной поверхности.

1.44 В результате гидрогеологического изучения по скважинам инженерных изысканий устанавливаются:

наличие, расположение и размеры по площади и мощности каждого водоносного горизонта и водоупора в пределах возможного влияния на водный режим проектируемых выработок;

степень обводненности водоносных пород и водоупоров, включая гидростатические и гидродинамический напоры, фильтрационные свойства (проницаемость, водоотдача), характеристику химической агрессивности воды;

условия питания водоносных горизонтов и их дренажа, взаимосвязь водоносных горизонтов, связь с водоемами и водотоками на земной поверхности, с учетом сезонных сведений об обилии и накоплении осадков, таянии снега и паводках.

Особо изучаются характеристики карстов и плывунов, а также данные о проводившихся ранее и ведущихся горных и иных работах, вызывающих водопонижение, сведения о характере питания горизонтов.

На основе гидрогеологического изучения массива горных пород определяются коэффициенты:

фильтрации (или проводимости) слоев, пластов (методами откачек или нагнетаний воды в скважины);

водоотдачи и упругой водоотдачи — стационарными наблюдениями за уровнем — напором воды в скважинах на изучаемых горизонтах, опытными откачками и лабораторными испытаниями пород;

уровнепроводности и пьезопроводности (методами кустовых откачек и режимными наблюдениями, а также удельное водопоглощение и воздухопоглощение (по нагнетанию воды и воздуха в скважины).

2. КОМПОНОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ, ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Компоновочные и конструктивные решения

&2.1 (2.1). Выбор места размещения выработки следует производить с учетом устойчивости окружающих ее пород, а также общих компоновочных решений всего комплекса выработок на предприятии по добыче полезных ископаемых; при этом следует избегать заложения выработки непосредственно в местах тектонической нарушенности массива, карстов, плывунов.&

2.2. Выбор целесообразного места размещения (расположения, заложения) выработки является одним из важных условий, обеспечивающих нормальное рабочее состояние выработки в течение всего срока ее службы при минимальной стоимости сооружения и рациональном использовании недр, а также способствующих охране окружающей среды и пригодности наземных объектов и территорий, под которыми проводится выработка.

2.3. Проектирование размещения выработки, согласно п. 1.8 (1.3) настоящих норм, должно сопровождаться технико-экономическими расчетами и обоснованием намечаемого места по технико-экономическим показателям.

2.4 При технической возможности и экономической целесообразности выработки рекомендуется размещать:

за пределами напорных водоносных горизонтов и бассейнов питьевой воды; крупных тектонических и других нарушений, разломов и интенсивного дробления пород; зон осложненных карстовыми явлениями, плывунами; областей сильного сейсмического действия взрывных работ, влияния других выработок, водопонижения и т.д.;

за пределами шахтных полей или продуктивных толщ на расстояниях, исключающих оставление предохранительных целиков (в первую очередь это относится к вертикальным шахтным стволам);

в устойчивых прочных породах, а при их отсутствии — в направлении, близком к направлению вкрест простирания слоистости или трещиноватости горных пород (в первую очередь это относится к магистральным выработкам и камерам, околоствольным дворам и сопряжениям выработок);

в массивах пород, предварительно разгруженных от горного давления.

2.5. В тех случаях, когда выполнить рекомендации п. 2.4 в полном объеме не представляется возможным, необходимо стремиться к тому, чтобы:

потери полезного ископаемого в предохранительных целиках были минимальными;

протяженность участков выработки по зонам вредного воздействия на нее источников, процессов и явлений была наименьшей;

специально назначаемые меры охраны и защиты выработки [п. 2.12 (2.3)] были надежными, обеспечивали безопасность ее проведения и эффективную эксплуатацию.

2.6. При обосновании решения о месте размещения какой-либо единичной выработки необходимо учитывать общую компоновку выработок и технологические особенности их сооружения, обеспечивая при этом простую схему околоствольных дворов с минимальным количеством выработок и сопряжений, сечений и технологических переходов, а также взаимного влияния выработок.

2.7. При необходимости дальнейшего (вторичного) использования выработок под народнохозяйственные объекты не следует проектировать их размещение:

в зонах затопления паводковыми водами, в областях возможного разрушения гидротехнических сооружений, а также при влиянии горных работ и выработок, в которых имеются притоки подземных вод, нарушающих технологические процессы;

в породах слабых и плывунного типа, закарстованных либо с интенсивными оползневыми явлениями, склонных к самовозгоранию, выделяющих вредные вещества и газы.

&2.8 (2.2). Форма и размеры поперечного сечения выработки должны обеспечивать заданную пропускную способность в условиях сооружения и эксплуатации, размещения в ней оборудования, санитарно-технических устройств и инженерных коммуникаций, а также соблюдение необходимых требований подземного транспорта, вентиляции и водоотлива.

При расчете проектного сечения выработки в проходке (вчерне) кроме толщины крепи и забутовочного материала надлежит учитывать определяемые по настоящим нормам величины смещения пород, происшедшие при применении жесткого типа крепи — за период до ее возведения, податливой — за весь срок эксплуатации выработки, либо за период до исчерпания податливости крепи.&

2.9. Форма поперечного сечения выработки определяется характером проявлений, величиной и направлением горного давления. Предпочтение отдается круглой форме сечения как наиболее устойчивой.

При отсутствии или небольших величинах горного давления выработки III класса значимости (см. табл. 1) допускается проектировать прямоугольного поперечного сечения (камеры, вспомогательные вертикальные и горизонтальные выработки).

Для выработок I и II классов значимости (см. табл. 1) выбор прямоугольной формы сечения требует специальных обоснований.

Поперечное сечение горизонтальных и наклонных выработок, сооружаемых в устойчивых породах, исходя из удобства технологии их проведения, принимается с вертикальными стенами, а при наличии пучащих пород, напротив, для приспособления к неблагоприятным проявлениям горного давления им необходимо придавать по высоте форму, близкую к эллиптической. При косонаправленном горном давлении проектируют возведение несимметричных (искаженных) форм крепи.

2.10. При выборе формы, размеров выработки и назначении типа крепи производят технико-экономическое сравнение различных вариантов по стоимости и материалоемкости. Учет проводится для наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут проявляться одновременно при строительстве и эксплуатации выработки.

2.11. При проектировании конструкции крепи выработки непременно учитывают уровень механизации ее возведения и стремятся к тому, чтобы аэродинамическое сопротивление было наименьшим.

&2.12 (2.3). Для улучшения условий поддержания и обеспечения рабочего состояния выработок следует располагать их по возможности в устойчивых породах, а при необходимости — применять горные меры охраны и конструктивные меры защиты выработок и крепи.

К горным мерам охраны и конструктивным мерам защиты относятся:

оставление предохранительных целиков, исключающих влияние очистных работ;

расположение выработок на расстояниях, исключающих их взаимное влияние;

рациональный порядок ведения горных работ;

расположение выработок в предварительно разгруженной области массива;

механизированная закладка закрепного пространства;

предварительное либо последующее упрочнение массива пород;

уменьшение концентрации напряжения за счет различных методов разгрузки массива;

применение тампонажа закрепного пространства;

использование податливых типов крепи и элементов податливости, а в соляных породах — оставление зазоров между крепью и породой.

Горные меры охраны и конструктивные меры защиты выработки следует назначать на основе результатов сравнения ожидаемых деформаций массива горных пород с допускаемыми величинами деформаций крепи.&

2.13. Горные меры охраны выработки направлены на уменьшение, локализацию, предотвращение недопустимого деформирования массива пород, окружающего выработку для принятых размеров, формы и крепи.

Конструктивные меры защиты выработки направлены на полное или частичное приспособление конструкции крепи и технологии ее возведения к ожидаемым (расчетным) проявлениям горного давления и сдвижения окружающих пород.

Горные меры охраны выработки обеспечиваются управлением и регулированием деформирования массива пород, окружающего выработку. Конструктивные меры защиты выработки обеспечиваются выбором необходимой податливости крепи, ее конструкции и режима взаимодействия крепи с окружающими породами.

Перечисленные в п. 2.12 (2.3) меры охраны и защиты выработок применяются самостоятельно либо, если это необходимо, в различных сочетаниях друг с другом.

&2.14 (2.4). Выбор конструкции, параметров и расчет крепи выработки должен производиться дифференцированно по участкам пород с одинаковыми свойствами исходя из оценки устойчивости пород, величин их смещений, нагрузок на крепь с учетом возможности комплексной механизации процессов изготовления и возведения крепи, обеспечения надежности и безопасности работ в течение всего срока службы выработки.

Проектирование крепи выработок должно включать:

определение характера проявления горного давления;

выбор типа крепи и технологии ее возведения;

прогноз смещения контура пород и расчет нагрузок;

выбор конструктивной схемы крепи и ее расчет.

При выборе конструкции и параметров крепи следует также соблюдать предъявляемые к крепи особые требования, связанные с дополнительными воздействиями на нее динамических нагрузок, агрессивных подземных и грунтовых вод, а также обеспечения водо- и газоизоляции выработок.&

2.15. В зависимости от характера проявлений в выработке горного давления и требуемых мер для ее поддержания в рабочем состоянии в настоящих нормах выделены 4 категории устойчивости пород, представленные в табл. 4.

Конкретные примеры расчетов категорий устойчивости пород в выработках представлены в разд. 3 - 5 Руководства.

2.16. В зависимости от категории устойчивости пород (см. табл. 4) поддержание выработки в рабочем состоянии достигается возведением различных типов крепи в сочетании с мероприятиями по упрочнению пород, а именно:

в породах I категории устойчивости достаточны крепи, предохраняющие породы от выветривания, переувлажнения, вымывания, а также обрушения при взрывных работах, вывалов нарушенных пород. В прочных монолитных и малотрещиноватых породах выработка может эксплуатироваться без крепи;

в породах II категории устойчивости, как правило, достаточны податливые крепи небольшой несущей способности или крепи ограждающе-упрочняющего типа (анкеры, набрызгбетон);

в породах III категории устойчивости необходимо устанавливать крепи значительной несущей способности, а для предотвращения развития пучения пород в горизонтальных выработках в этих условиях крепь должна быть замкнутой либо необходимы меры по предотвращению пучения пород почвы;

в породах IV категории устойчивости из-за непрекращающегося интенсивного вязкопластического течения пород в выработку требуется возведение замкнутой крепи большой несущей способности в сочетании с различными способами упрочнения пород либо создание специальных податливых крепей (для соляных пород).

В породах всех категорий устойчивости обязательным является согласование конструкции, механической характеристики и параметров крепи с технологическими способами сооружения выработки.

При выборе жестких типов крепи следует иметь в виду, что воспринимаемые крепью нагрузки в существенной мере зависят от места установки крепи (расстояния от проходческого забоя) и в ряде случаев за счет назначения определенного отставания крепления выработки нагрузки на крепь могут быть значительно снижены.

Особенно существенным это является для калийных и подобных им месторождений с высокой степенью ползучести соляных пород, где эффект может быть достигнут путем создания оптимального зазора между крепью и контуром выработки.

2.17. Условия поддержания и крепления выработок, находящихся в массиве, испытывающем влияние смежных или сопрягающихся выработок, зависят от категорий устойчивости пород до и после проведения смежной или сопрягающейся выработок, типа и конструкции крепи выработок и сопряжения, порядка и времени проведения смежной или сопрягающейся выработок, расстояния до смежной выработки и угла между сопрягающимися выработками.

Если ранее пройденная выработка закреплена податливой крепью и после проведения смежной или сопрягающейся выработок породы остаются в I и II категории устойчивости, то вредное влияние на условия их поддержания несущественно. Интенсивное вредное воздействие смежных и сопрягающихся выработок возникает при креплении их жесткой крепью и особенно при переходе пород из одного состояния устойчивости в другое (например, из II в III или IV).

2.18. Особенно большое влияние на условия поддержания выработок оказывает ведение очистных работ, в результате которых в массиве нарушается первоначальное равновесие, происходит интенсивное сдвижение пород, резко изменяется напряженно-деформированное состояние пород. Вредное или полезное (вследствие разгрузки массива) воздействие очистных работ на горные выработки, а также интенсивность их проявления определяются, с одной стороны, расположением выработки в области и зоне их влияния, с другой — сроками проведения выработок относительно очистных работ во времени. Успешное поддержание выработки в этих условиях может быть обеспечено либо специальной защитой — приданием крепи податливости, компенсирующей вредное воздействие сдвижения пород и опорного давления, либо проведением выработки в зоне разгруженных пород после завершения стадии активного сдвижения массива.

2.19. Общий порядок выбора и расчета крепи для конкретной подземной горной выработки слагается из следующих операций, проводимых дифференцированно по ее участкам с одинаковыми свойствами пород:

а) на основании анализа инженерно-геологических и гидрогеологических данных при принятых горных мерах охраны выработки проводится оценка механического состояния массива (с учетом его упрочнения), и расчетом устанавливается категория устойчивости пород выделенного участка выработки;

б) по категории устойчивости пород для выделенного участка выработки осуществляется предварительный выбор типа и конструкции крепи и технологии ее возведения;

в) исходя из анализа взаимодействия пород и крепи проводится расчет смещений и нагрузок на крепь;

г) с учетом возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий на крепь проводится расчет самой крепи, в необходимых случаях прорабатываются варианты конструктивной защиты крепи и рассчитываются параметры элементов защиты;

д) в особо ответственных случаях дополнительно выполняется специальный прочностной расчет крепи (внутренних усилий, напряжений) и проводится проверка устойчивости формы крепи.

Окончательный выбор крепи по длине выработки производится на основании технико-экономического сравнения приведенных затрат на проведение и поддержание выработки в эксплуатационном рабочем состоянии в течение всего срока ее службы.

С учетом требований пп. 1.8 (1.3) и 2.14 (2.4) настоящих норм по технологии и механизации проходческих работ расчеты производятся как для варианта требуемых крепей на всех выделенных участках выработки с одинаковыми свойствами пород, так и для различных вариантов объединения смежных участков с разными свойствами пород.

&2.20 (2.5). При проектировании крепи выработки, а также других элементов подземных конструкций (армировка стволов, фундаменты под оборудование и др.) должна предусматриваться их защита от воздействия агрессивных сред.

Установление степени агрессивности сред, а также меры по защите от их воздействий следует назначать в соответствии с требованиями главы СНиП по защите строительных конструкций от коррозии и ГОСТ 9.015-74*.&

2.21. Степень минерализации и химический состав воды могут изменяться в процессе строительства, в связи с чем ранее неагрессивные среды могут стать агрессивными, что следует учитывать при проектировании. На основании результатов анализа вод возможна корректировка состава бетона.

&2.22 (2.6). Проектами выработок, возводимых в обводненных массивах пород, надлежит предусматривать защиту от проникания в выработку воды путем водоотвода, гидроизоляции крепи и тампонажа пород.

Применение перечисленных мероприятий, а также создание специальной водонепроницаемой крепи следует производить на основе технико-экономического обоснования.&

2.23. В слоях пород с напорными водами величина естественного гидростатического напора должна определяться на основании гидрогеологических и гидрологических исследований, охарактеризованных в п. 1.42 (1.13) настоящих норм. Расчетные значения величин указанных характеристик можно устанавливать в соответствии со «Справочным руководством гидрогеолога», т. I и II, под ред. проф. В.М. Максимова (Л., Недра, 1979).

2.24. Водонепроницаемость бетонной крепи может быть повышена за счет увеличения плотности бетона, применением специальных цементов, отличающихся высокой стойкостью к воздействию агрессивных шахтных вод, введением в состав бетонной смеси комплексных химических добавок, в том числе эффективных пластификаторов. Повышение водонепроницаемости крепи может быть достигнуто также за счет применения гидроизоляционных материалов (в том числе полиэтиленового экрана). Транспортирование бетонной смеси в специальных бадьях вместо труб обеспечивает возможность значительного повышения качества бетона, его водонепроницаемости.

2.25. Для подавления притоков воды в выработку необходимо применять предварительную и последующую цементацию пород, пользуясь отраслевыми инструкциями.

&2.26 (2.7). Выбор материалов конструкции крепи необходимо производить в соответствии с требованиями нормативных документов и государственных стандартов, предъявляемыми к материалам, с учетом их работы в подземных условиях.&

2.27. Материалы крепи должны удовлетворять требованиям заданной прочности, агрессивно-стойкости, долговечности, быть негорючими и нетоксичными в условиях строительства и эксплуатации при нормальных и аварийных температурных режимах.

&2.28 (2.8). В конструкциях монолитной бетонной и железобетонной крепи шахтных стволов следует применять тяжелый бетон марки не ниже М200, для других выработок не ниже М150; для сборных железобетонных и бетонных конструкций крепи бетон следует применять марки не ниже М300.&

2.29. Для жесткой арматуры следует применять профильную сталь или сварные элементы из листовой полосовой стали. В качестве гибкой арматуры — стержневую горячекатаную и арматурную проволоку.

&2.30 (2.9). Проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости следует назначать с учетом принятой системы гидроизоляции или защиты крепи от коррозии в зависимости от климатических и гидрогеологических условий района расположения выработки и в соответствии с классификацией бетонов и требованиями к их применению, установленными для I класса сооружений главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а также в соответствии с главой СНиП по защите строительных конструкций от коррозии.&

2.31. При обоснованиях минимальных проектных марок бетона по морозостойкости и водонепроницаемости необходимо учитывать расчетные зимние температуры соответствующего района строительства согласно главе СНиП по строительной климатологии и геофизике.

&2.32 (2.10). Минимальную толщину защитного слоя бетона для арматуры монолитной железобетонной крепи следует принимать 30 мм.

2.33 (2.11). Элементы блочной и тюбинговой сборной крепи должны иметь отверстия для тампонажа пустот, остающихся за крепью в процессе ее монтажа.

2.34 (2.12). В железобетонной и бетонной крепи выработок, сооружаемых в сейсмических районах с сейсмичностью свыше 7 баллов, следует предусматривать устройство деформационных швов, расстояния между которыми должны быть до 30 м. Устройство деформационных швов следует предусматривать, как правило, в местах пересечения выработкой трещин или контактов между породами различной прочности.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.35 (2.13). В качестве основных расчетных данных для определения устойчивости пород, величин их смещений, нагрузок на крепь и параметров крепи выработки должны приниматься:

расчетная глубина размещения выработки — \text{Н}_{\text{р}} ;

расчетные значения физико-механических свойств горных пород;

нормативные и расчетные характеристики материалов крепи и заполнения закрепного пространства.

2.36 (2.14). Расчетную глубину \text{Н}_{\text{р}} размещения выработки следует определять по формуле

где H — проектная глубина размещения выработки или ее участка, м;

k — коэффициент, учитывающий отличие напряженного состояния массива горных пород по сравнению с напряженным состоянием, вызванным собственным весом толщи пород до поверхности, принимаемый равным 1 для обычных горно-геологических условий либо устанавливаемый экспериментально; для районов, подверженных движениям земной коры, и в зонах тектонических нарушений при отсутствии экспериментальных данных и принимается равным 1,5.&

2.37. Расчетные значения \text{Н}_{\text{р}} определяют влияние исходного напряженного состояния нетронутого массива горных пород на интенсивность проявлений горного давления в выработках. Исходное напряженное состояние пород зависит от целого ряда факторов, из которых основными являются собственный вес толщи пород до поверхности и тектонические процессы, происходящие в земной коре. Установлено, что для большинства районов, не осложненных тектонической деятельностью, вертикальные напряжения — максимальны и равны произведению средней плотности пород на глубину от поверхности. Горизонтальные напряжения по величине равны произведению вертикальных напряжений на коэффициент бокового распора, зависящий в свою очередь от величины действующих максимальных напряжений и степени пластичности пород. Существенное отличие напряженного состояния от указанного имеет место в зонах крупных тектонических нарушений, где максимальные напряжения за счет проявления остаточных тектонических сил не вертикальны и могут значительно превышать напряжения от собственного веса пород. Также возможны отклонения напряженного состояния массива от обычных горно-геологических условий на участках под крутыми склонами гор и водоемами.

Как показали исследования, в регионах современных неотектонических процессов максимальные напряжения действуют в направлении, близком к горизонтальному, и могут даже в несколько раз превышать вертикальные от собственного веса пород.

2.38. В связи с ограниченными возможностями применения простых экспериментальных методов для определения в массовом порядке напряженного состояния пород в формуле [1 (1)] настоящего Руководства в зонах с обычными горно-геологическими условиями расчетные значения коэффициента k принимаются равными 1, а при осложненности условий соответственно — 1,5. При этом в проектах особо ответственных выработок предусматривается, согласно п. 1.15 (1.6) и Прил. 1 Руководства, установка контрольных приборов и замерных станций (в том числе связанных с оценкой напряженного состояния массива пород) для уточнения исходных данных, корректировки проектных решений и проведения своевременных мероприятий по обеспечению рабочего состояния выработок.

2.39. Для установления расчетной величины коэффициента k и необходимости проведения специального экспериментального определения напряжений в массиве горных пород вблизи места размещения выработки следует иметь в распоряжении оценочные сведения о наличии в регионе (бассейне, месторождении) современных тектонических процессов; результаты инженерно-геологических изысканий, подтверждающие наличие в области проектируемого предприятия крупных тектонических нарушений; экспериментальные данные о величинах напряжений пород для аналогичных условий <1>.

<1> «Инструкция по инженерным изысканиям в горных выработках, предназначаемых для размещения объектов народного хозяйства. СН 484-76». М., Стройиздат, 1977.

При установлении, что величины максимальных напряжений в массиве более чем в 2 раза превышают максимальные напряжения от собственного веса толщи пород до поверхности, при проектировании следует непременно предусматривать проведение дополнительных исследований напряженного состояния массива с привлечением специализированных организаций и применять методы расчета крепи с учетом фактического напряженного состояния горного массива. Аналогичным образом рекомендуется вести проектирование выработок при сейсмичности районов свыше 7 баллов, ведении крупных взрывных работ и в других усложненных условиях (см. п. 1.12 (1.4) настоящих норм).

&2.40 (2.15). Расчетное сопротивление пород (массива) сжатию R_{c} следует определять по формуле

где R — среднее значение сопротивления пород в образце одноосному сжатию, устанавливаемое экспериментально по результатам испытаний образцов пород, МПа (кгс/см2);

k_{c} — коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенность массива пород поверхностями без сцепления, либо с малой связностью (зеркала скольжения, трещины, глинистые прослои и др.), принимаемый по табл. 5 (1).

Примечание. В необходимых случаях (обводнение выработки, упрочнение пород и др.) определение R_{c} следует производить с учетом влияния этих факторов по данным специализированных организаций.

2.41. При определении расчетного сопротивления пород R_{c} с учетом влияния на устойчивость массива проводимых мероприятий по его упрочнению (цементация, анкерование), а также влияния обводнения выработки надлежит использовать (при их наличии) экспериментальные данные. При отсутствии этих данных для определения величины расчетного сопротивления рекомендуется руководствоваться положениями пп. 2.42 и 2.43.

2.42. Разупрочнение обводняемых пород в результате фильтрации по массиву воды водоносных горизонтов и перепуска воды по проектируемой выработке, если не предусмотрены меры против этого обводнения, рекомендуется учитывать снижением расчетного сопротивления пород R_{c} :

для песчаников и сланцев кремнистых — на 20%;

« песчаников известковых и известняков — на 30%;»

« алевролитов и песчаников глинистых — на 40%;»

« аргиллитов и мергелей — на 50%;»

« глин монтмориллонитовых — на 70%;»

« глин каолинитовых — на 40%.»

2.43. Упрочнение пород в результате выполнения предусматриваемых пп. 4.29 и 4.30 мероприятий (цементация, анкерование) учитывают повышением расчетного сопротивления пород R_{c} на величину, зависящую от проектируемых параметров этих мероприятий: глубины цементации, состава цементирующего раствора, длины и конструкции анкеров, плотности их размещения и пр. (Прил. 14 и 15).

2.44. Расчетные значения показателей средней плотности пород, сопротивления растяжению, модуля упругости, коэффициента Пуассона, в случае отсутствия данных прямого их определения, согласно п. 1.40, могут приниматься в соответствии с указаниями Прил. 2 Руководства.

&2.45 (2.16). При проектировании выработок k_{c} определяется по данным количественного анализа нарушенности массива пород в местах проектируемого расположения выработки на основании данных инженерно-геологических изысканий по среднему расстоянию между поверхностями ослабления пород согласно табл. 5 (1).&

2.46. Значения коэффициента k_{c} в табл. 5 (1) устанавливаются по данным оценки структурной нарушенности пород согласно п. 1.38 Руководства, т.е. по естественному разлому керна скважин инженерно-геологических изысканий.

При выполнении, согласно п. 1.28, предварительной проработки вариантов размещения проектируемой выработки по данным разведки и при отсутствии в составе этих данных показателей естественного разлома керна значения коэффициента k_{c} рекомендуется устанавливать по показателю тектонической нарушенности дизъюнктивами массива горных пород в районе расположения выработки, определенному согласно п. 1.34 Руководства. При этом значение k_{c} устанавливается по табл. 6.

В случаях пересмотров проектных решений (п. 1.32) при выявлении существенного отличия принятых для проектирования исходных данных от результатов предусмотренных п. 1.38 контрольных замеров трещиноватости пород в стенках выработки при ее проходке значения коэффициента k_{c} устанавливают по табл. 5 (1).

&2.47 (2.17). Для оценки ранее выполненной проектной документации и при использовании имеющихся нормативных документов допускается определять сопротивление пород сжатию в образце R по коэффициенту крепости пород f по шкале М.М. Протодьяконова (при f >= 3) по формулам:

где f — коэффициент крепости пород, принимаемый по главе СНиП по правилам производства и приемки работ подземных горных выработок.&

2.48. Оценка сопротивления пород одноосному сжатию единицами шкалы коэффициентов крепости, установленной в 1926 г. проф. М.М. Протодьяконовым и утвержденной в 1960 г., является грубоориентировочной. В связи с обязательным введением единиц измерения по системе СИ эта оценка подлежит замене соответствующими значениями сопротивления в паскалях (мегапаскалях — МПа).

&2.49 (2.18). Расчетное сопротивление пород сжатию R_{c} по контуру поперечного сечения выработки должно определяться с учетом всех пересекаемых выработкой слоев (пластов) мощностью более 0,1 м, залегающих на расстояниях от контура сечения выработки: в кровле — 1,5b, в почве и боках выработки — 1b, где b — ширина выработки.

Для ряда смежных слоев, залегающих по контуру поперечного сечения выработки, с изменчивостью R_{c} в пределах до 30% следует принимать для всей выработки усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию, определяемое по формуле

где R_{c_{1}} , ..., R_{c_{n}} — расчетное сопротивление слоев пород сжатию;

m_{1} , ..., m_{n} — мощность слоя.

При изменчивости расчетного сопротивления пород сжатию в кровле, боках или почве выработки свыше 30% R_{c} следует считать по формуле [4 (4)] отдельно по элементам выработки (кровле, бокам и почве).&

Пример определения R_{c} по контуру поперечного сечения выработки

Из представленной на рис. 1 геологической колонки (с указанием на ней места намечаемого расположения выработки шириной 5 м, высотой 3,8 м) видно, что значения сопротивления пород сжатию R_{c} в кровле на высоту 8 м в несколько раз превышают R_{c} в боках выработки; R_{c} в почве почти в 1,5 раза выше, чем в боках выработки.

В связи с этим R_{c} подсчитывается по формуле [4 (4)] отдельно по элементам выработки:

&2.50 (2.19). Расчетное сопротивление пород сжатию R_{c} по длине выработки следует определять исходя из разделения выработки на отдельные участки по длине с учетом следующих требований:

а) к одному участку следует относить все пересекаемые выработкой слои (пласты) мощностью свыше 0,3 м, значения R_{c} которых находятся в пределах до 30%; для этого участка R_{c} определяется усредненным с учетом мощности этих слоев по формуле [4 (4)];

б) при объединении смежных участков, значения R_{c} которых отличаются более чем на 30%, R_{c} объединенного участка следует принимать по наименьшему значению R_{c} объединяемых участков.&

Пример объединения R_{c} по длине выработки

Из представленной на рис. 2 геологической колонки пересекаемых квершлагом пород видно, что отличия значений сопротивлений пород сжатию R_{c} по слоям 1 — 7 составляют 100%, а при разделении всей длины на два участка с включением в первый из них слоев 1 — 3, а во второй — слоев 4 — 7 значения R_{c} находятся в пределах до 30%, поэтому при проектировании принимается разделение квершлага на два участка с R_{c_{1}} = 47\text{МПа} и R_{c_{2}} = 74\text{МПа} .

&2.51 (2.20). Расчетные и нормативные характеристики материалов крепи следует принимать с учетом их работы в подземных условиях и руководствуясь соответствующими государственными стандартами и главами СНиП:

для бетонной и железобетонной крепи — по главе СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций;

для металлической крепи — по главе СНиП по проектированию стальных конструкций;

для деревянной крепи — по главе СНиП по проектированию деревянных конструкций;

для каменной крепи — по главе СНиП по проектированию каменных и армокаменных конструкций.

При выборе материалов конструкций крепи выработок надлежит также соблюдать требования Технических правил по экономному расходованию основных строительных материалов.&

2.52. Характеристики материалов крепи выработок представлены в Прил. 3 Руководства.

&2.53 (2.21). Расчет крепи выработки следует производить, используя методы строительной механики с учетом взаимодействия крепи и пород при строительстве и эксплуатации выработки.

При оценке взаимодействия крепи и пород необходимо учитывать мероприятия по упрочнению пород или их разгрузке, прогноз изменений геологических, гидрогеологических и горнотехнических условий участка строительства.&

2.54. В отдельных случаях при отсутствии соответствующих методов статического расчета определение усилий в сложных конструкциях крепи возможно осуществлять на основе натурных и лабораторных экспериментов, включая испытания моделей из эквивалентных и оптически чувствительных материалов.

&2.55 (2.22). Расчет конструкций крепи выработки следует производить по несущей способности (по фактору хрупкого, вязкого и других видов разрушений), а в необходимых случаях по устойчивости и трещиностойкости в соответствии с требованиями главы СНиП по основным положениям проектирования строительных конструкций и оснований.

На устойчивость следует проверять расчетом тонкостенные стальные и сборные конструкции, а на трещиностойкость — крепи гидро- и газоизолирующие.&

2.56. Расчет крепи включает определение ее параметров (толщина и др.), статический расчет для определения усилий в крепи (в необходимых случаях), расчет несущей способности, а также в установленных п. 2.55 (2.22) условиях расчеты устойчивости и трещиностойкости крепи.

Выбор расчетных схем и методов статического расчета крепи выработок производится в зависимости от режима их работы, конструкции и условий на контакте крепи с массивом горных пород.

Некоторые примеры статического расчета конструкций крепи выработок представлены в Прил. 21 и 22.

2.57. Расчет конструкций специальных сооружений проводится в соответствии с «Руководством по проектированию строительных конструкций убежищ гражданской обороны» (М., Стройиздат, 1974).

Рекомендации по этому вопросу содержатся также в книге Н.Н. Попова и Б.С. Расторгуева («Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений», М., Стройиздат, 1980).

&2.58 (2.23). Крепи выработок следует рассчитывать исходя из возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые действуют одновременно при строительстве или эксплуатации выработок с учетом технологии проведения выработок и возведения крепи. При этом необходимо принимать следующие сочетания нагрузок:

основное — из постоянных нагрузок и воздействий, временных длительных нагрузок и воздействий, возникающих в процессе строительства;

особое — из постоянных, временных длительных, наиболее вероятных кратковременных и одной из особых сейсмических или других нагрузок или воздействий.

2.59 (2.24). При проектировании конструкций крепи выработок на сочетание нагрузок и воздействий следует учитывать:

постоянные нагрузки и воздействия:

а) давление горных пород со стороны массива;

б) собственный вес крепи;

в) воздействия, вызываемые предварительным напряжением элементов крепи;

г) давление подземных вод;

временные длительные нагрузки и воздействия:

д) температурные воздействия, в том числе морозное пучение;

е) воздействия от очистных работ, других выработок и водопонижения;

ж) давление от набухания пород;

кратковременные нагрузки и воздействия:

з) давление тампонажного раствора, нагнетаемого за крепь;

и) воздействие от подвижных нагрузок проходческих, транспортных машин и комплексов;

к) воздействия от массовых взрывов;

особые нагрузки и воздействия:

л) динамические нагрузки;

м) сейсмические воздействия.

При учете сочетаний нагрузок следует применять коэффициенты сочетаний, установленные главой СНиП по нагрузкам и воздействиям.&

2.60. При установлении нагрузок и воздействий, учитываемых при расчете крепи, в конкретных условиях следует принимать лишь те нагрузки и воздействия, которые оказывают существенное влияние на крепь. Например, собственный вес крепи может не учитываться в горизонтальных выработках.

Расчет крепи производится для наиболее неблагоприятного периода поддержания выработок в течение всего срока их службы. Так, при планировании выемки предохранительных целиков расчет крепи выработки следует вести на обеспечение ее рабочего состояния в этот период.

&2.61 (2.25). Расчеты крепи по несущей способности и устойчивости следует производить на основные и особые сочетания нагрузок с применением коэффициентов перегрузки, условий работы конструкций, устанавливаемых в настоящих нормах, и расчетных сопротивлений материалов, принимаемых по соответствующим главам СНиП.&

3. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЫРАБОТКИ

Объемно-планировочные и конструктивные решения

&3.1 (3.1). Выбор места размещения вертикальной выработки необходимо производить во взаимной увязке с генеральным планом и расположением других выработок, а также с учетом возможности наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых. При проектировании вертикальных выработок следует:

избегать, как правило, пересечения вертикальной выработкой крупных тектонических нарушений и напорных водоносных горизонтов;

располагать стволы, как правило, за пределами шахтных полей или площадей залегания полезных ископаемых на расстояниях, исключающих оставление предохранительных целиков;

предусматривать меры максимально возможной выемки околоствольных целиков при расположении стволов в пределах шахтных полей или площадей залегания полезных ископаемых;

обеспечивать возможность размещения околоствольного двора в устойчивых, прочных породах;

принимать меры, исключающие или снижающие воздействие на стволы очистных работ, водопонижения и близлежащих либо сопрягающихся выработок.

Примечания. 1. Вертикальные выработки считаются расположенными вне зоны воздействия очистных работ, если очистные выработки находятся за пределами границ предохранительных целиков, построенных по Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок, утвержденным Министерствами СССР по согласованию с Госгортехнадзором СССР.

2. Вертикальные выработки считаются расположенными вне зоны воздействия водопонижения, если они находятся за пределами его контура, определяемого гидрогеологическим расчетом.&

3.2. Ствол считается расположенным вне зоны вредного воздействия очистных работ, и ожидаемые деформации не рассчитываются, если предохранительные целики построены по граничным углам сдвижения, определяемым Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок, утвержденными соответствующими ведомствами и согласованными с Госгортехнадзором, с учетом дополнительных условий, оговоренных в этих Правилах и в Прил. 6 настоящего Руководства.

3.3. Стволы с жесткой крепью допускается подрабатывать нижележащими залежами (пластами) при кратности подработки по вертикали от зумпфа до пласта в соответствии с «Правилами охраны сооружений...».

3.4. При расположении стволов на отработанных площадях следует располагать их на максимально возможном расстоянии от имеющихся целиков и по возможности симметрично относительно последних.

3.5. Для уменьшения потерь полезного ископаемого при охране стволов целиками допускается строить целики оптимальной криволинейной и многоугольной форм.

&3.6 (3.2). При расположении стволов и шурфов санитарно-защитные зоны следует предусматривать в соответствии с Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий.

3.7 (3.3). Вертикальные стволы следует проектировать, как правило, круглого поперечного сечения. Другим вертикальным выработкам в зависимости от срока их службы, назначения и горно-геологических условий допускается придавать отличную от круглой форму поперечного сечения.

3.8 (3.4). При охране стволов и шурфов предохранительными целиками размеры последних следует назначать в соответствии с действующими нормативными документами. Меры защиты крепи этих выработок при выемке полезного ископаемого из предохранительных целиков необходимо взаимоувязывать с мерами охраны и защиты других выработок, а также зданий и сооружений на земной поверхности, руководствуясь требованиями главы СНиП по проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях.

3.9 (3.5). Общая глубина устьев вертикальных стволов и шурфов должна определяться расчетом с учетом конкретных горно-геологических условий.

При наличии вентиляционных и калориферных каналов нижняя отметка дна канала должна быть выше опорного венца не менее чем на 1000 мм.

Сопряжение вентиляционного или калориферного канала со стволом или шурфом следует проектировать под углом с плавным переходом. При нагнетательной схеме проветривания калориферные каналы, как правило, следует совмещать с вентиляционными.

3.10 (3.6). В крепи устьев стволов и шурфов на глубине от поверхности не менее 1000 мм при необходимости следует предусматривать проемы для ввода кабелей. Размеры проемов следует принимать в зависимости от предельного числа кабелей, идущих в ствол, с учетом возможности доступа для их монтажа и осмотра.

В месте сопряжения ствола и подводящего кабельного канала (траншеи) в том случае, если отсутствует соответствующее свободное помещение в надшахтном здании, должен быть предусмотрен кабельный колодец с входным люком.

Сопряжение дна кабельного канала с внутренней поверхностью крепи устья ствола следует предусматривать по кривой, радиус которой должен быть (как минимум) в 25 раз больше диаметра самого крупного из прокладываемых кабелей.

В местах примыкания каналов к устьям стволов необходимо предусматривать предохранительные ограждения.

3.11 (3.7). Над лестничными отделениями стволов и шурфов на верхних отметках устьев необходимо предусматривать металлические ляды, а над вентиляционными отделениями — металлические решетки или герметичное перекрытие из несгораемых материалов.

3.12 (3.8). Размеры трубно-кабельных отделений в стволах и шурфах надлежит определять исходя из количества размещаемых в них труб и кабелей, а также зазоров, которые должны быть:

между трубами — не менее максимального диаметра фланца прокладываемого трубопровода;

между трубой и контрольными кабелями или кабелем связи — не менее 100 мм;

между силовыми кабелями — 50 мм, но не менее диаметра кабеля.

При прокладке в стволе двух групп взаиморезервирующих кабельных линий зазор между ними должен быть не менее 1000 мм.

Для вывода кабелей из ствола на горизонт должны использоваться водотрубные ходки в камеры главного водоотлива, а в случае их отсутствия — предусматриваться кабельные ходки. Допускается в отдельных случаях вывод кабелей производить через сопряжение с горизонтом.

3.13 (3.9). При определении глубины зумпфов (участков стволов и шурфов ниже отметки околоствольного двора) следует учитывать минимальный зазор, равный 1000 мм от уровня воды до размещаемого в зумпфе оборудования.

3.14 (3.10). Для предотвращения капежа воды в стволах следует предусматривать водоулавливание с отводом воды в общий шахтный водосборник.

Рудоспуски (породоспуски), восстающие (скаты, гезенки)

3.15 (3.11). Углы наклона рудоспусков (породоспусков) и восстающих (гезенков, скатов) необходимо принимать не менее:

для угля — 50°, для породы — 60°, для неслеживающихся руд — 60 — 70°; допускается до 25° уменьшать углы наклона скатов для угля при применении устройств и приспособлений, облегчающих самотек угля.

Для слеживающихся руд (пород) рудоспуски (породоспуски) следует принимать вертикальными.

3.16 (3.12). Капитальные рудоспуски и породоспуски предприятий горнорудной промышленности допускается проектировать без ходового отделения.

Участковые восстающие (скаты, гезенки для угля, породоспуски) следует проектировать двумя параллельными выработками (грузовой и ходовой), сбиваемыми между собой через каждые 10 — 15 м или предусматривать в составе двух отделений, разделенных сплошной стенкой, а в отдельных случаях — трех отделений: грузового, вентиляционного (материального) и лестничного. В стенке, разделяющей грузовое и лестничное отделения, на расстоянии 5000 мм друг от друга должны быть предусмотрены закрываемые на задвижки окна размером 200 x 200 мм.

3.17 (3.13). Минимальные поперечные размеры рудоспусков (породоспусков) грузовых отделений восстающих (скатов) надлежит принимать равными трехкратным размерам наибольших кусков транспортируемого материала, но не менее 1000 x 1500 мм, а в скатах, оборудованных стальными трубами для спуска угля или сухого закладочного материала, — в зависимости от принятого размера труб.

3.18 (3.14). При проектировании восстающих и рудоспусков, предназначенных для пропуска горной массы, необходимо предусматривать перекрытие их устьев решетками с ячейками размерами до 400 x 400 мм для пропуска кондиционных кусков транспортируемого материала.

Устья, перекрытые решетками с ячейками размерами более 400 x 400 мм, а также устья остальных восстающих выработок должны иметь ограждения со стороны прохода людей.

3.19 (3.15). Погрузочные пункты капитальных и участковых рудоспусков (породоспусков), скатов и гезенков должны быть механизированы, автоматизированы и оборудованы средствами подавления и локализации пыли и средствами защиты от внезапного прорыва обводненной горной массы.

Сопряжения вертикальных стволов (шурфов) с горизонтальными выработками

3.20 (3.16). Высоту сопряжения околоствольного двора со стволом, используемым для транспорта грузов, следует определять из условий беспрепятственного вывода из ствола наиболее крупного узла оборудования и длинномерных материалов пакетами и контейнерами. Высота сопряжения должна быть не менее 4500 мм от головок рельсов.

3.21 (3.17). Ширину междупутья в сопряжении околоствольного двора с клетевым стволом следует принимать равной расстоянию между осями клетей, а проходы с каждой стороны — по 1000 мм.

Переход от уширенного междупутья на обычное необходимо предусматривать за пределами расположения оборудования для обмена вагонеток.

В пределах сопряжения клетевого ствола с околоствольным двором следует предусматривать пол на уровне головок рельсового пути из сборного железобетона или бетона.&

Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа и расчет крепи

&3.22 (3.18). Выбор типа и расчет параметров крепи вертикального шахтного ствола следует производить дифференцированно для устья, протяженной части, участков сопряжений в зависимости от инженерно-геологических, гидрогеологических условий, вредных воздействий, а также с учетом схем организации и методов производства работ.

3.23 (3.19). Крепь устьев стволов и шурфов следует проектировать из монолитного бетона или железобетона, металлических или железобетонных тюбингов. Конструкцию крепи устьев в зависимости от действующих нагрузок, размеров проемов для каналов и диаметров вертикальных выработок следует предусматривать одно-, двух- и трехступенчатыми венцовыми или ступенчато-венцовыми.&

3.24. При назначении марки бетона учитываются требования Прил. 3 настоящего Руководства.

&3.25 (3.20). Расчет крепи устьев стволов и шурфов следует производить на действие вертикальных и горизонтальных давлений (нагрузок).

Вертикальные нагрузки следует определять как сумму давлений от собственного веса крепи, веса оборудования и сооружений, опирающихся на крепь; горизонтальные — от давления пород массива, пригрузки от поверхностных фундаментов и опор и гидростатического давления в водоносных горизонтах.&

3.26. Горизонтальная нагрузка P, действующая на крепь устья, складывается из нагрузок от пород, пригрузки от поверхностных фундаментов, зданий и сооружений \text{Р}_{\text{п}} и в обводненном массиве, гидростатического давления \text{Р}_{\text{г}} , т.е. \text{Р } = \text{Р}_{\text{п}} + \text{Р}_{\text{г}} .

&3.27 (3.21). Расчетную вертикальную нагрузку \text{Р}_{\text{в}}^{\text{р}} , кН (тс), действующую на крепь устья, следует определять по формуле

где n — коэффициент перегрузки, равный 1,4;

\sum_{i = 1}^{i>1} \text{Р}_{\text{в}_{i}} — сумма вертикальных нагрузок, передаваемых опорами горнотехнических сооружений, расположенных на поверхности вблизи ствола, на крепь устья ствола, кН (тс);

Q_{\text{у}} — собственный вес крепи устья, кН (тс).&

3.28. При расчете крепи устьев стволов на вертикальную нагрузку \text{Р}_{\text{в}}^{\text{р}} рекомендуется пользоваться методикой, изложенной в работе Е.П. Калмыкова «Сооружение устьев вертикальных стволов» (М., Госгортехиздат, 1960, с. 35 — 80).

&3.29 (3.22). Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород \text{Р}_{\text{п}} , кПа (тс/м2), на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых породах наносов следует определять по формуле

где n — коэффициент перегрузки, равный 1,3;

k_{\text{у}} — коэффициент, принимаемый равным 1,7 — при расстоянии от проемов в крепи более 20 м и 2,9 — при расстоянии менее 20 м;

r_{0} — радиус ствола в свету, м;

\varphi — угол внутреннего трения наносов, град;

\psi — безразмерный коэффициент, определяемый из выражения

H — глубина рассматриваемого участка от поверхности, м;

P_{\text{ф}} — наибольшая суммарная дополнительная нагрузка от зданий и сооружений, расположенных на поверхности вблизи ствола, кПа (тс/м2), определяемая согласно Прил. 6 (1);

\gamma — удельный вес породы (грунта), кН/м3 (тс/м3), определяемый из выражения

где \rho_{m} — средняя плотность пород (грунта), т/м3 (т/м3);

g — ускорение силы тяжести, м/с2 (вводится только для единиц СИ).

Допускается вести расчет нагрузок на крепь, назначать тип и параметры крепи устья ствола согласно главе СНиП по проектированию сооружений промышленных предприятий (в части опускных колодцев).&

3.30. Допущение, содержащееся в п. 3.29 (3.22), приемлемо в случае проектирования сооружения и крепления устья как опускного колодца, погружаемого в тиксотропной рубашке.

Для водонасыщенных пород учет взвешивающего действия воды производится введением в формулу [6 (6)] множителя

вместо \gamma , где \rho_{\text{в}} — плотность воды, т/м3;

\epsilon — значение коэффициента пористости пород, определяемое отношением объема пор к объему скелета пород.

3.31. При расчетах в технической системе единиц \gamma имеет смысл объемного веса в тс/м3, а в системе СИ — \gamma = \rho_{m}g , где \rho_{m} — средняя (объемная) плотность, т/м3.

&3.32 (3.23). Выбор типа и расчет параметров крепи для протяженной части ствола, а также участков сопряжения следует производить на основании определения категорий устойчивости пород вертикальных выработок согласно табл. 7 (2).

Примечание. При R_{c} \leq 2\text{МПа} породы относятся к IV категории устойчивости.

3.33 (3.24). Величину критерия устойчивости пород вертикальной выработки C следует определять по формуле

где k_{\text{г}} — коэффициент, учитывающий взвешивающее действие воды: для участков вне водоносных горизонтов равен 1; для пород водоносного горизонта k_{\text{г}} определяется по формуле

k_{\text{г}} = \frac{(\gamma h_{1} - P_{\text{в}}) + (\gamma_{\text{п}} - \gamma_{\text{в}}) \frac{1}{1 + \epsilon} h_{2}}{\gamma H} , [8 (8)]

где h_{1} — высота толщи пород от почвы водоупора до земной поверхности, м;

h_{2} — высота толщи пород от рассматриваемого сечения в водоносном горизонте до почвы водоупора (до кровли водоносного горизонта), м;

\gamma_{\text{п}} , \gamma_{\text{в}} — соответственно, удельный вес частиц пород водоносного горизонта и удельный вес воды, кН/м3 (тс/м3);

\epsilon — коэффициент пористости пород водоносного горизонта, принимаемый как отношение объема пор к объему скелета и определяемый по данным гидрогеологических изысканий;

H — высота толщи пород от рассматриваемого сечения до земной поверхности, м;

P_{\text{в}} — давление подземных вод с учетом водопонижения, кПа (тс/м2);

k_{\text{сб}} — коэффициент воздействия на ствол других выработок: для протяженных участков ствола k_{\text{сб}} = 1 ; для сопряжений k_{\text{сб}} = 1,5 ;

k_{\text{ц}} — коэффициент воздействия на ствол очистных работ: для участков, не испытывающих воздействий, k_{\text{ц}} равен 1; при воздействии очистных работ k_{\text{ц}} принимается по данным специализированных организаций;

k_{\alpha} — коэффициент влияния угла залегания пород \alpha , град: для горизонтально залегающих пород k_{\alpha} равен 1, в остальных случаях k_{\alpha} следует принимать из выражения

k_{\alpha} = \frac{1}{1 + 0,5sin\alpha} ;

k_{t} — коэффициент влияния времени эксплуатации проектируемой выработки: для шахтных стволов k_{t} = 1 , для остальных выработок k_{t} = 0,9 ;

H_{p} , R_{c} , \gamma — обозначения те же, что в формулах [1 (1)], [2 (2)] и [6 (6)].

Примечание. При размерности R_{c} , кгс/см2, в формулу [7 (7)] вместо R_{c} следует подставлять 0,1R_{c} .&

3.34. Коэффициент воздействия на ствол очистных выработок k_{\text{ц}} для пластовых месторождений при разработке одиночных пластов в пределах целика определяется выражением k_{\text{ц}} = 1 + T , где величина T рассчитывается по методике, приведенной в Прил. 7 Руководства.

Расчетная глубина при этом определяется выражением: H_{p} = kk_{\text{ц}}H , где k — то же, что и в формуле [1 (1)].

&3.35 (3.25). На протяженных участках ствола с жесткой армировкой, а также для участков сопряжений ствола в породах I, II и III категории устойчивости при отсутствии воздействия очистных работ, других выработок и водопонижения следует применять, как правило, монолитную бетонную крепь, при этом:

в породах I категории устойчивости толщина бетонной крепи назначается без расчета по табл. 8 (3);

в породах II и III категории устойчивости толщину бетонной крепи следует устанавливать расчетом согласно требованиям п. 3.47 (3.34) настоящих норм, но не менее величин, указанных в табл. 8 (3).

Таблица 8 (3)

При соответствующем обосновании допускается в стволах с жесткой армировкой, пройденных в породах I категории устойчивости, назначать крепи и их параметры, определяемые по п. 3.36 (3.26) настоящих норм.

Если расчетная толщина монолитной бетонной крепи превышает 500 мм, то следует применять бетон более высокой марки или другой тип крепи.

3.36 (3.26). В стволах с гибкой армировкой, а также в вентиляционных стволах и шурфах, не оборудованных подъемными установками, в восстающих выработках и рудоспусках при отсутствии влияния очистных работ и водопонижения, где притоки воды не более 8 м3/ч, в породах I и II категории устойчивости следует применять набрызгбетонную крепь либо комбинированную крепь из анкеров, металлической сетки и набрызгбетона; при притоках воды более 8 м3/ч в породах I, II и III категории устойчивости следует применять монолитную бетонную крепь. При этом:

в породах I категории устойчивости толщина набрызгбетонной крепи на протяженных участках ствола назначается без расчета, в соответствии с табл. 9 (4):

Таблица 9 (4)

в породах I категории устойчивости для участков сопряжений ствола, а также в породах II категории устойчивости на протяженных участках ствола толщину набрызгбетонной крепи следует устанавливать расчетом согласно требованиям п. 3.47 (3.34) настоящих норм. При этом толщина набрызгбетонной крепи должна быть не менее 150 мм на глубинах до 500 м и 200 мм — на глубинах более 500 м.

В комбинированной крепи длину анкеров l_{a} следует принимать равной 2 м; расстояние между анкерами 0,7l_{a} . При соответствующем обосновании допускается изменять длину анкеров и расстояния между ними.&

3.37. При назначении марки бетона при притоках воды более 8 м3/ч учитываются требования Прил. 3 Руководства.

&3.38 (3.27). В породах IV категории устойчивости, на участках ствола с напорными водами, а также на калийных и подобных им месторождениях следует применять тюбинговую, железобетонную, многослойную крепь, а при достаточной устойчивости пород — монолитную бетонную крепь.&

3.39. Характеристики сопротивления серого и высокопрочного чугуна тюбингов принимаются в соответствии с требованиями Прил. 3 Руководства.

&3.40 (3.28). Расчет крепи протяженной части стволов и шурфов следует производить на суммарное действие горизонтального (радиального) давления пород массива \text{Р}_{\text{п}} и давления остаточного напора подземных вод \text{Р}_{\text{г}} с учетом технологической и монтажной нагрузок.

Общее давление надлежит определять на момент времени, когда оно является наибольшим.

3.41 (3.29). Расчетное горизонтальное (радиальное) давление пород \text{Р}_{\text{п}} , кПа (тс/м2), на крепь протяженной части вертикальной выработки при отсутствии влияния горизонтальных деформаций от воздействия очистных работ следует определять по формуле

\text{Р}_{\text{п}} = nm_{\text{у}}n_{\text{н}}P^{\text{н}}[1 + 0,1(r_{0} - 3)] , [9 (9)]

где r_{0} — радиус выработки в свету, м;

n — коэффициент перегрузки, равный 1,3;

m_{\text{у}} — коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 10 (5):

Таблица 10 (5)

n_{\text{н}} — коэффициент приведения к расчетному (максимальному) давлению при неравномерной эпюре нагрузок, принимаемый по табл. 11 (6):

Таблица 11 (6)

P^{\text{н}} — нормативное давление на крепь, кПа (тс/м2), определяемое для пород I, II и III категории устойчивости по формулам:

при

C <= 6, P^{\text{н}} = 10[(2C - 1) + \Delta] ; [10 (10)]

при

10 >= C > 6, P^{\text{н}} = 10[(3C - 7) + \Delta] , [11 (11)]

где C — критерий устойчивости вертикальных выработок, рассчитываемый по формуле [7 (7)];

\Delta — параметр, учитывающий технологию проходческих работ, принимаемый равным: при последовательной и параллельной технологических схемах — нулю; при совмещенной технологической схеме проходки с передвижной опалубкой при \text{С } \leq 6 \Delta равно 2 и при 10 \geq \text{С }>6 \Delta равно 3.

Примечания. 1. Нормативное давление на крепь P^{\text{н}} для пород IV категории устойчивости определяется по методикам специализированных организаций.

2. В формулах [10 (10)] и [11 (11)] множитель 10 вводится при единицах СИ.&

3.42. Расчет нормативного давления P^{\text{н}} для пород IV категории устойчивости производится по методике, приведенной в Прил. 8 Руководства.

&3.43 (3.30). Расчетное горизонтальное давление пород \text{Р}_{\text{п}} на крепь вертикальной выработки в районе сопряжения на протяжении 20 м вверх и 20 м вниз от сопряжения следует определять по формуле [9 (9)] настоящих норм, принимая в ней вместо величин n_{\text{н}} и P^{\text{н}} величины n_{\text{нс}} и \text{Р}_{\text{с}}^{\text{н}} , рассчитываемые по формулам:

n_{\text{нс}} = n_{\text{н}} + (20 - z)x ; [12 (12)]

\text{Р}_{\text{с}}^{\text{н}} = \text{Р}^{\text{н}}(1,5 - 0,025z) , [13 (13)]

где z — расстояние от узла сопряжения до рассматриваемого сечения в районе 20 м;

x — коэффициент перехода от протяженного участка к району сопряжения, принимаемый по табл. 12 (7):

Таблица 12 (7)

3.44 (3.31). В местах пересечения ранее выработанных пространств на удалении до 6m в кровлю и до 2m в почву (где m — мощность пласта) величина нормативного давления \text{Р}_{p}^{\text{н}} , кПа (тс/м2), на крепь определяется по формуле

\text{Р}_{p}^{\text{н}} = 0,66\text{Р}^{\text{н}} + 100 , [14 (14)]

где P^{\text{н}} — нормативное давление, определяемое по формуле [10 (10)] или [11 (11)];

100 — слагаемое в единицах СИ; при единицах давления в тс/м2 слагаемое следует принимать равным 10.

3.45 (3.32). При проектировании сопряжений ствола с горизонтальными выработками и камерами для исключения их влияния на ствол необходимо:

околоствольные выработки в породах II категории устойчивости на протяжении от ствола не менее 30 м, а в породах III и IV категории — не менее 50 м крепить жесткой крепью; в породах I категории тип крепи не регламентируется;

погашаемые околоствольные выработки в породах I и II категории устойчивости на протяжении от ствола до 10 м, а в породах III и IV категории устойчивости до 30 м закладывать кусковатой породой с тампонажным раствором.

3.46 (3.33). Давление подземных вод P_{\text{г}} , кПа (тс/м2), на крепь выработки в коренных породах без их тампонажа следует определять по формуле [15 (15)], а при наличии тампонажа пород — по формуле [16 (16)]:

P_{\text{г}} = \frac{nH_{\text{е}}\gamma_{\text{в}}}{1 + \frac{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}lg \frac{R(t)}{r_{1}}}{k_{\text{ф}}^{\text{п}}lg \frac{r_{1}}{r_{0}}}} ; [15 (15)]

P_{\text{г}} = \frac{nH_{\text{е}}\gamma_{\text{в}}}{1 + \frac{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}lg \frac{r_{\text{т}}}{r_{1}}}{k_{\text{ф}}^{\text{т}}lg \frac{r_{1}}{r_{0}}} (\frac{k_{\text{ф}}^{\text{т}}lg \frac{R(t)}{r_{\text{т}}}}{k_{\text{ф}}^{\text{п}}lg \frac{r_{\text{т}}}{r_{1}}} + 1)} , [16 (16)]

где n — коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,1;

H_{\text{е}} — естественный или сниженный общим водопонижением напор в данном водоносном горизонте, определяемый по результатам гидрогеологических исследований, м;

k_{\text{ф}}^{\text{кр}} — коэффициент фильтрации крепи (для бетонной крепи k_{\text{ф}}^{\text{кр}} = 0,00158\text{м}/\text{сут} );

k_{\text{ф}}^{\text{п}} , k_{\text{ф}}^{\text{т}} — соответственно коэффициенты фильтрации породы и затампонированной зоны, определяемые по данным гидрогеологических исследований, м/сут;

r_{1} , r_{0} , r_{\text{т}} — соответственно внешний, внутренний радиус крепи и радиус затампонированной зоны, м; при неизвестном r_{1} в расчете следует принимать для первого приближения толщину бетонной крепи r_{1} - r_{0} равной 0,5 м с последующим уточнением толщины крепи;

R(t) — радиус влияния дренажа выработки, определяемый по данным гидрогеологических изысканий из выражения: R(t) = 1,5 \sqrt{at} ,

где a — коэффициент пьезопроводности водоносного горизонта, м2/сут;

t — время от начала дренирования, сут;

\gamma_{\text{в}} — обозначение то же, что в формуле [8 (8)].

В тех случаях, когда по расчетам P_{\text{г}} более P^{\text{н}} , в формулах [15 (15)] и [16 (16)] необходимо учитывать корректировку времени, принимая t соответствующим моменту на 2 месяца после введения крепи в работу.

Если \frac{k_{\text{ф}}^{\text{п}}}{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}} менее 4, то в формуле [16 (16)] P_{\text{г}} равно 0, а при \frac{k_{\text{ф}}^{\text{п}}}{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}} более 100 — определяется из выражения

P_{\text{г}} = \text{Н}_{\text{е}}\gamma_{\text{в}} .

При расчете горизонтального давления обводненных пород в формуле [9 (9)] вместо коэффициента n_{\text{н}} следует принимать коэффициент \text{п}_{\text{н}}^{\text{г}} , определяемый по формуле

$\text{п}{\text{н}}^{\text{г}} = 1 + \frac{[1 + 0,1(r{0} — 3)](\text{п}{\text{н}} — 1)}{1 + 0,1(r{0} — 3) + \frac{\text{Р}_{\text{г}}}{\text{Р}^{\text{н}}}}$ . [17 (17)]&

При неизвестном радиусе r_{1} в формулах [15 (15)] и [16 (16)] величина \text{Р}_{\text{г}} находится методом последовательного приближения в соответствии с п. 3.49.

&3.47 (3.34). Расчет толщины монолитной бетонной и набрызгбетонной крепи вертикальной выработки \delta_{\text{к}} , мм, следует производить по формуле

\delta_{\text{к}} = \text{т}_{\text{у}}r_{0}(\sqrt{\frac{m_{\text{б}_{1}}m_{\text{б}_{3}}m_{\text{б}_{7}}R_{\text{пр}}}{m_{\text{б}_{1}}m_{\text{б}_{3}}m_{\text{б}_{7}}R_{\text{пр}} - 2k_{\text{р}}P}} - 1) - \delta_{\text{пб}} , [18 (18)]

где r_{0} — радиус вертикальной выработки в свету, мм;

\text{т}_{\text{у}} — коэффициент условий работы крепи, принимаемый равным 1,25;

m_{\text{б}_{1}} , m_{\text{б}_{3}} , m_{\text{б}_{7}} — соответственно коэффициенты, учитывающие длительную нагрузку, условие для нарастания прочности и температурные колебания, принимаемые в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций;

R_{\text{п}p} — расчетное сопротивление бетона сжатию, принимаемое в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, кПа (тс/м2);

k_{p} — коэффициент концентрации напряжений в конструкции крепи, принимаемый: равным 1 на протяженных участках ствола и равным (2 — 0,05z) в районе сопряжения, где z — расстояние от узла сопряжения до рассматриваемого сечения, м;

P — горизонтальное давление в кПа (тс/м2), определяемое как суммарное от давления пород P_{\text{п}} и подземных вод P_{\text{г}} ;

\delta_{\text{пб}} — толщина породобетонной оболочки, образующейся за счет проникания бетона в окружающие нарушенные породы: для набрызгбетона принимается равной 50 мм, для остальных типов крепи — равной нулю.&

3.48. При проектировании и выборе оборудования для проходки выработки ширина поддона стволовой опалубки должна обеспечивать проектные размеры крепи.

3.49. Уточнение толщины крепи при неизвестном радиусе r_{1} для случаев п. 3.46 (3.33) производится методом последовательных приближений. При этом можно начинать подбор крепи, рассчитанной лишь по нагрузке от скелета пород и округленной до ближайшего типоразмера. Затем по формуле [15 (15)] или [16 (16)] находится величина P_{\text{г}} . По найденному значению P_{\text{г}} определяется коэффициент \text{п}_{\text{н}}^{\text{г}} , и далее по вычисленным P_{\text{г}} и P_{\text{п}} проверяется соответствие выбранной толщины этим нагрузкам. Если крепь принятой толщины не выдерживает суммарного давления, то расчет повторяется для следующего типоразмера, т.е. через каждые 50 мм до толщины, не превышающей 500 мм.

Если крепь толщиной 500 мм не выдерживает суммарного давления P_{\text{п}} + P_{\text{г}} , то применяется либо более высокая марка бетона, либо другой тип крепи. Другой возможный путь указанного уточнения приведен в Прил. 9 Руководства.

Пример расчета толщины крепи шахтного ствола

Исходные данные: для протяженной части ствола радиусом в свету r_{0} = 3\text{м} , пересекающего пологозалегающие породы при нормативном давлении P^{\text{н}} = 200\text{кПа} и гидростатическом напоре \text{Н}_{\text{е}} = 450\text{м} , определить необходимую толщину крепи из монолитного бетона марки М200, возводимую при последовательной схеме проходки.

Решение: 1. Согласно формуле [9 (9)], определяем P_{\text{п}} (в предположении отсутствия гидростатического напора):

P_{\text{п}} = 1,3 \cdot 0,8 \cdot 2,5 \cdot 200 = 520\text{кПа} .

2. По формуле [18 (18)] производим подсчет толщины крепи для \text{Р } = P_{\text{п}} = 520\text{кПа} :

\delta_{\text{к}} = 1,25 \cdot 3(\sqrt{\frac{0,85 \cdot 0,85 \cdot 9000}{0,85 \cdot 0,85 \cdot 9000 - 2 \cdot 520}} - 1) = 0,34\text{м } = 340\text{мм} .

Принимаем толщину крепи ближайшего типоразмера:

\delta_{\text{к}} = 350\text{мм} .

3. Производим подсчет величины P_{\text{г}} по формуле [15 (15)]:

4. По формуле [17 (17)] определяем \text{п}_{\text{н}}^{\text{г}} :

\text{п}_{\text{н}}^{\text{г}} = 1 + \frac{2,5 - 1}{1 + 0,087} = 2,38 .

5. По формуле [9 (9)] определяем P_{\text{п}} :

P_{\text{п}} = 1,3 \cdot 0,8 \cdot 2,38 \cdot 200 = 495\text{кПа} .

6. По формуле [18 (18)] производим проверку расчета толщины крепи для \text{Р } = P_{\text{п}} + P_{\text{г}} = 495 + 175 = 670\text{кПа} :

\delta_{\text{к}} = 1,25 \cdot 3,0(\sqrt{\frac{6502,5}{6502,5 - 1340}} - 1) = 0,458\text{м } = 458\text{мм} .

Таким образом, толщина крепи, равная 350 мм, оказывается недостаточной при воздействии суммарного давления пород и напора подземных вод. Следовательно, для условий рассмотренного примера толщину крепи следует принять равной 500 мм.

3.50. Расчет давления подземных вод на стволы при спаренном их расположении и в других специальных случаях рекомендуется производить в соответствии с Прил. 9 Руководства.

&3.51 (3.35). В вертикальных выработках, находящихся в зонах воздействия очистных работ и других выработок, а также водопонижения при величинах ожидаемых относительных деформаций пород вблизи выработки, превышающих их допускаемые значения для крепи, указанные в табл. 13 (8), в породах всех категорий устойчивости следует применять конструктивные элементы защиты или конструкции крепи, приспособленные к принудительному деформированию совместно с массивом пород.

Таблица 13 (8)

3.52. В табл. 13 (8) приведены допускаемые относительные вертикальные деформации пород при креплении выработки монолитным бетоном и сборной крепью.

При наклонах (уклонах) и искривлениях ствола конструктивные приспособления крепи и армировки (независимо от величины вертикальной деформации) устраиваются при следующих ожидаемых величинах:

а) средний уклон 2 \cdot 10^{- 3} и более, максимальный на отдельных участках 5 \cdot 10^{- 3} и более;

б) максимальная кривизна оси ствола 0,33 \cdot 10^{- 3} и более или радиус кривизны R = 3000 м и менее.

3.53. Расчет ожидаемых относительных деформаций и сдвижений пород вблизи вертикальной выработки приведен в Прил. 5 Руководства.

&3.54 (3.36). Конструктивные элементы защиты крепи ствола следует назначать на основе расчета ожидаемых относительных деформаций пород околоствольного массива и с учетом необходимой степени гидроизоляции ствола. При этом, если:

деформации растяжения пород превышают значения, указанные в табл. 13 (8), то следует предусматривать горизонтальные разрезные швы на расстояниях не более 15 м друг от друга преимущественно на пересечении наиболее слабых слоев пород;

деформации сжатия пород находятся в интервале от указанных в табл. 13 (8) до 15 мм/м, то следует предусматривать горизонтальные осадочные швы (узлы вертикальной податливости) в местах наибольших деформаций и на контактах прочных и слабых пород или меры по обеспечению проскальзывания крепи на защищаемом участке;

деформации сжатия пород превышают 15 мм/м, то следует предусматривать осадочные зоны и узлы вертикальной податливости;

проявляются горизонтальные деформации, то следует предусматривать повышение несущей способности и податливые конструкции, обоснованные расчетом.&

3.55. В местах концентрации вертикальных деформаций околоствольного массива с интенсивностью до 15 мм/м в пластах угля, залежи или наиболее слабых слоях пород, за пределами которых деформации не опасны для крепи, допускается применение за крепью скользящего слоя (например, тонкого битумного покрытия) без осадочных швов.

В случае применения асфальтобитумного покрытия или иного с весьма малым трением на участке ствола в пределах пласта (слоя) и его почвы или в пределах пласта, залежи (слоя) и его кровли протяженность l_{c} скользящего участка крепи следует принимать не менее определяемой по формуле:

l_{c} = \frac{m[(c_{\text{в}} + 1)\epsilon_{zm} - (\epsilon_{z\text{к}} + c_{\text{в}}\epsilon_{z\text{п}})]}{(c_{\text{в}} + 1)\epsilon_{z\text{доп}} - (\epsilon_{z\text{к}} + c_{\text{в}}\epsilon_{z\text{п}})} , [19]

где m — мощность значительно деформирующегося пласта, залежи или слоя пород с уровнем ожидаемых относительных вертикальных деформаций \epsilon_{zm} более допускаемых для крепи;

\text{с}_{\text{в}} — отношение длины скользящего участка в почве пласта (слоя) к таковому в кровле;

\epsilon_{z\text{к}} и \epsilon_{z\text{п}} — величина ожидаемых относительных вертикальных деформаций соответственно пород кровли и почвы;

\epsilon_{zm} , \epsilon_{z\text{к}} и \epsilon_{z\text{п}} определяются по Прил. 5, как для \epsilon_{z\text{прив}} ;

\epsilon_{z\text{доп}} — величина допускаемых для данной крепи относительных вертикальных деформаций согласно табл. 13 (8).

При расположении скользящего участка с асфальтобитумным или иным покрытием с малым трением только в пласте, залежи (слое) и в почве, или в пласте (слое) и кровле протяженность этого участка следует принимать не менее определяемой по формулам:

для почвы

l_{\text{с}.\text{п}} = \frac{m(\epsilon_{zm} - \epsilon_{z\text{п}})}{\epsilon_{z\text{доп}} - \epsilon_{z\text{п}}} ; [20]

для кровли

l_{\text{с}.\text{к}} = \frac{m(\epsilon_{zm} - \epsilon_{z\text{к}})}{\epsilon_{z\text{доп}} - \epsilon_{z\text{к}}} . [21]

Скользящий участок следует располагать преимущественно в более прочных вмещающих пласт, залежь (слой) породах. При длине скользящего участка более 40 м следует учитывать деформации от действия собственного веса, вычитая из расчетной величины допускаемой для крепи относительной деформации величину максимальной относительной деформации от собственного веса.

3.56 Защита крепи от разрушения при горизонтальных деформациях обеспечивается:

применением крепи повышенной прочности, определяемой расчетом по заданным перемещениям (см. п. 3.59 (3.39));

заполнением закрепного пространства сжимающимся материалом;

заполнением закрепного пространства слоем вязкого материала.

&3.57 (3.37). Для компенсации вертикальных деформаций сжатия осадочными швами максимальное расстояние между ними в вертикальной выработке устанавливается расчетом согласно требованиям настоящих норм, но не более 20 м. Осадочные швы выполняются из податливого материала, а при необходимости гидро- и газоизоляции в них устанавливаются специальные герметичные узлы податливости.

Максимальное расстояние l, м, между осадочными швами определяется по формуле

l = \frac{m_{\text{б}_{1}}m_{\text{б}_{3}}m_{\text{б}_{7}}R_{\text{пр}}(D_{1}^{2} - D_{0}^{2})}{4P_{\text{п}}f_{\text{тр}}D_{1}} , [22 (19)]

где D_{1} — диаметр выработки в проходке (вчерне), м;

D_{0} — диаметр выработки в свету, м;

f_{\text{тр}} — коэффициент трения породы о крепь, принимаемый равным: 0,6 — для изверженных пород, песчаников и известняков, 0,5 — для алевролитов и аргиллитов и 0,4 — для углей и соляных пород;

P_{\text{п}} , R_{\text{п}p} , m_{\text{б}_{1}} , m_{\text{б}_{3}} , m_{\text{б}_{7}} — обозначения те же, что и в формулах [9 (9)] и [18 (18)].

3.58 (3.38). Расчетная рабочая высота h_{\text{ш}} , мм, осадочного шва определяется по формуле

h_{\text{ш}} = 1,2 \frac{100\Delta\eta_{\text{р}}}{\text{а}_{\text{п}}} , [23 (20)]

где \Delta\eta_{\text{р}} — разность оседаний на границах защищаемого участка, мм, которая определяется из выражения \Delta\eta_{\text{р}} = \Sigma\epsilon_{i}m_{i} ;

где \epsilon_{i} — относительные вертикальные деформации в пределах слоя защищаемого участка, мм/м;

m_{i} — мощность слоя, м;

\text{а}_{\text{п}} — сжимаемость материала прокладок в шве или узле податливости, %, при нагрузках, равных допускаемым для материала крепи, принимаемая по результатам испытаний материала.

3.59 (3.39). При полной компенсации вертикальных и горизонтальных деформаций массива от воздействия очистных работ конструктивными мерами защиты, величины расчетных давлений на крепь вертикальной выработки следует определять согласно требованиям настоящих норм без учета воздействия очистных работ.

В случае неполной компенсации проявлений указанных деформаций от воздействия очистных работ или отсутствии конструктивных мер защиты выработки расчет крепи следует производить по ожидаемым перемещениям согласно методикам специализированных организаций.

При этом минимальная величина несущей способности крепи должна приниматься не менее величины расчетного давления на крепь без учета влияния очистных работ.

Примечание. Расчеты давления на крепь, конструктивные элементы защиты крепи вертикальных выработок при скользящих крепях с заполнением закрепного пространства следует производить по методикам специализированных организаций.&

3.60. Ожидаемые радиальные перемещения пород на контуре сечения ствола в непосредственно не подработанном массиве <*> рассчитываются по следующим формулам:

равномерная составляющая радиальных перемещений U_{0} равна

U_{0} = \frac{r_{1}}{1 - 2\mu_{\text{п}}} [(\epsilon_{x} + \epsilon_{y})(1 - \mu_{\text{п}}) + \mu_{\text{п}}\epsilon_{z}] , [24]

неравномерная составляющая радиальных перемещений равна

U_{2} = 2r_{1}(1 - \mu_{\text{п}})(\epsilon_{x} - \epsilon_{y}) , [25]

где r_{1} — радиус ствола вчерне, м;

\mu_{\text{п}} — коэффициент Пуассона пород;

\epsilon_{z} — ожидаемые относительные вертикальные деформации массива, определяемые по Прил. 5 Руководства;

\epsilon_{x} , \epsilon_{y} — горизонтальные ожидаемые относительные деформации вкрест простиранию и по простиранию соответственно, определяются специальным маркшейдерским расчетом.

<*> Имеется в виду часть массива в области влияния очистных работ за пределами углов сдвижения.

При отсутствии данных для такого расчета деформации по простиранию \epsilon_{y} принимаются равными нулю, а деформации вкрест простирания \epsilon_{x} определяются выражением \epsilon_{x} = \epsilon_{z}tg^{2}\alpha , где \alpha — угол залегания пород, град.

При определении деформаций учитывается коэффициент перегрузки.

3.61. Расчет монолитной крепи с податливым закрепным слоем по заданным перемещениям производится из условия совместности перемещений на контактах.

Исходными данными являются:

E_{\text{п}} , E <**>, E_{\text{к}} — модули упругости соответственно породы, материала податливого слоя и материала крепи, кПа;

\mu_{\text{п}} , \mu_{\text{к}} — соответственно коэффициенты Пуассона породы и материала крепи;

U_{0} , U_{2} — равномерная и неравномерная составляющие радиального перемещения, определяемого по п. 3.60;

f — коэффициент трения крепи по материалу закрепного пространства или породе;

\Delta_{\text{з}} — толщина закрепного слоя, м (при отсутствии закрепного слоя \Delta_{\text{з}} = 0 ); \mu = (\frac{r_{1}}{r_{0}})2 .

<**> E определяется по компрессионным характеристикам податливого материала.

Равномерная составляющая радиальной нагрузки на крепь определяется выражением:

P_{0} = \frac{U_{0}}{\frac{1}{k_{0}} + \frac{\Delta_{\text{з}}}{E} + \frac{r_{1}(Am - B)}{m - 1}} , [26]

где

k_{0} = \frac{E_{\text{п}}}{r_{1}(1 + \mu_{\text{п}})} ;

A = \frac{(1 + \mu_{\text{к}})(1 - 2\mu_{\text{к}})}{E_{\text{к}}} ;

B = \frac{1 + \mu_{\text{к}}}{E_{\text{к}}} .

Неравномерная составляющая радиальной нагрузки определяется по формуле:

P_{2} = \frac{AU_{2} - 2r_{1}P_{0}f[2(3m + 1)k + (m - 1)^{3}D]}{A_{1}(\frac{\Delta_{s}}{E} + \frac{1}{k_{2}}) - r_{1}[(m + 1)^{3}B_{1} + 2(1 + 3m^{2}) \cdot c_{1}]} , [27]

где

k_{2} = \frac{3E_{\text{п}}}{r_{1}(1 + \mu_{\text{п}})(5 - 6\mu_{\text{п}})} ;

A_{1} = 3E_{\text{к}}(m - 1)^{3} ;

B_{1} = (3 - 2\mu_{\text{к}})(1 + \mu_{\text{к}}) ;

C_{1} = (1 - 2\mu_{\text{к}})(1 + \mu_{\text{к}}) ;

D = \mu_{\text{к}}(1 + \mu_{\text{к}}) ;

k = (1 - \mu_{\text{к}}^{2}) .

Величина напряжения на внутреннем контуре сечения крепи определяется по формуле

\sigma_{\theta} = \frac{2m}{m - 1} [\frac{2P_{2}(m + 1) - P_{0}f}{m - 1} - P_{0}] . [28]

По полученным силовым параметрам производится проверка выбранной крепи.

Прочность крепи проверяется по условию

\sigma \leq m_{\text{б}_{1}}m_{\text{б}_{7}}R_{\text{пр}} .

3.62 Расчет крепи с сечением сложной конфигурации производится по следующим формулам:

N_{\theta} = r_{1}bE_{\text{к}}(\frac{Fk_{0}U_{0}}{E_{\text{к}}FA_{0} + r_{1}^{2}k_{0}b} - \frac{3Jk_{2}U_{2}}{9E_{\text{к}}JA_{2} + r_{1}^{4}k_{2}b} cos2\theta) ; [29]

M_{\theta} = bE_{\text{к}}J(\frac{k_{0}U_{0}}{E_{\text{к}}FA_{0} + r_{1}^{2}k_{0}b} - \frac{3r_{1}^{2}k_{2}U_{2}}{9E_{\text{к}}JA_{2} + r_{1}^{4}k_{2}b} cos2\theta) ; [30]

Q = \frac{6U_{2}E_{\text{к}}Jr_{1}bk_{2}}{9E_{\text{к}}JA_{2} + r_{1}^{4}k_{2}b} sin2\theta , [31]

где

A_{0} = 1 + \frac{\Delta_{\text{з}}}{E} k_{0} ;

A_{2} = 1 + \frac{\Delta_{\text{з}}}{E} k_{2} ;

J — момент инерции расчетного радиального сечения крепи относительно горизонтальной оси, м4;

F — площадь этого сечения, м2;

b — высота расчетного кольца крепи, м.

Остальные входящие в формулы величины те же, что и в п. 3.61 Руководства.

По полученным силовым параметрам производится проверка выбранной крепи.

3.63. Крепь с заполнением закрепного пространства вязким материалом при отсутствии возможности сжатия его в замкнутом пространстве должна рассчитываться на радиальное давление, равное весу столба заполнителя без учета отпора пород при условии, что это давление не менее величины среднего давления горных пород P^{\text{н}} . Коэффициент неравномерности давления принимается равным 1.1.

Усилия в монолитной крепи рассчитываются по формулам

N_{\theta} = \frac{1}{3} [3,2 - 0,1cos^{2}\theta]P_{\text{мин}}r_{1} ; [32]

M_{\theta} = 0,017cos2\theta P_{\text{мин}}r_{1}^{2} ; [33]

Q = 0,03sin2\theta P_{\text{мин}}r_{1} , [34]

&где P_{\text{мин}} — давление столба вязкого заполнителя. Проверка производится по \theta = 0^{\circ} и \theta = 90^{\circ} .

3.64 (3.40). При проектировании горных выработок сумма остаточных водопритоков с водоносных горизонтов не должна превышать допустимого водопритока в ствол, установленного в главе СНиП по правилам производства и приемки работ подземных горных выработок.

Остаточный водоприток в ствол Q_{\text{ост}} , м3/сут, в результате фильтрации воды через крепь следует определять по формуле

Q_{\text{ост}} = Wm , [35 (21)]

где m — мощность водоносного горизонта, м;

W — фильтрационный расход воды на единицу длины ствола, м3/сут, определяемый по формулам:

в условиях без тампонажа пород

W = \frac{2,7H_{\text{е}}}{\frac{1}{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}} lg \frac{r_{1}}{r_{0}} + \frac{1}{k_{\text{ф}}^{\text{п}}} lg \frac{R(t)}{r_{1}}} , [36 (22)]

в условиях тампонажа пород

W = \frac{2,7H_{\text{е}}}{\frac{1}{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}} lg \frac{r_{1}}{r_{0}} + \frac{1}{k_{\text{ф}}^{\text{т}}} lg \frac{r_{\text{т}}}{r_{1}} + \frac{1}{k_{\text{ф}}^{\text{п}}} lg \frac{R(t)}{r_{\text{т}}}} , [37 (23)]

здесь \text{Н}_{\text{е}} , k_{\text{ф}}^{\text{п}} , k_{\text{ф}}^{\text{кр}} , k_{\text{ф}}^{\text{т}} , r_{1} , r_{0} , r_{\text{т}} , R(t) — те же, что в формулах [15 (15)] и [16 (16)].&

3.65. Примеры расчетов проявлений горного давления и параметров крепи вертикальных выработок приведены в Прил. 10 Руководства.

3.66. При известных (экспериментально определенных) компонентах поля напряжений в массиве горных пород, а также в случае доказанного равномерного распределения напряжений при боковом давлении, определяемом длительными коэффициентами поперечной деформации, нагруженность крепи заданной конструкции с известными геометрическими, прочностными и деформационными параметрами может быть определена при отсутствии зоны неупругих деформаций в соответствии с Прил. 22 с учетом коэффициентов перегрузки, определяемых по разбросу данных эксперимента.

4. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ И НАКЛОННЫЕ ВЫРАБОТКИ

Объемно-планировочные и конструктивные решения

&4.1 (4.1). Выбор места размещения горизонтальной и наклонной выработки необходимо проводить с учетом общих компоновочных решений. При этом, как правило, следует:

располагать главные вскрывающие выработки в устойчивых породах, а при их отсутствии — вкрест простирания слоистости или трещиноватости пород, а также на расстояниях, исключающих взаимное влияние выработок;

избегать расположения выработок в зонах крупных тектонических нарушений и напорных водоносных горизонтов;

предусматривать возможность выемки полезного ископаемого из предохранительных целиков при погашении выработок;

предусматривать минимальное количество типоразмеров сечений выработок околоствольных дворов и сопряжений.&

4.2. Капитальные выработки по направлению их проходки по отношению к простиранию слоистых осадочных пород либо по отношению к распространению в массиве основных плоскостей ослабления в изверженных породах могут быть подразделены на три группы:

1-я — по простиранию пород с отклонением оси выработки от азимута простирания на угол, не превышающий +/- 30°;

2-я — вкрест простирания с отклонением направления оси выработки от азимута падения пород на угол, не превышающий +/- 30°;

3-я — под углом к простиранию пород с отклонением направления оси выработки от азимута простирания пород от 30 до 60°.

Указанное подразделение выработок позволяет дифференцированно вести расчет устойчивости пород, величин смещений и нагрузок и выбирать соответствующие для этих условий типы крепи.

4.3. В случае пересечения выработкой зон тектонических нарушений ее следует располагать под прямым (или близким к прямому) углом к плоскости сместителя нарушения, чтобы протяженность участка выработки, попадающего в нарушенную зону, была наименьшей.

&4.4 (4.2). Форму поперечного сечения выработки следует выбирать в зависимости от устойчивости пород, срока службы и назначения выработки. В устойчивых породах, как правило, следует принимать выработку сводчатой формы с вертикальными стенками; при неустойчивых породах почвы — круглой или эллиптической формы.

4.5 (4.3). Охрану выработок околоствольного двора и главных магистральных выработок, как правило, следует осуществлять с помощью предохранительных целиков, исключающих воздействие очистных работ.

В выработках, испытывающих воздействие очистных работ, следует предусматривать конструктивные меры защиты крепи.

Горизонтальные и наклонные выработки, как правило, должны располагаться на расстояниях L_{\text{д}} , исключающих их взаимное влияние, определяемых по формуле

L_{\text{д}} \geq (b_{1} + b_{2})k_{L} , [38 (24)]

где b_{1} + b_{2} — суммарная ширина взаимовлияющих выработок в проходке (вчерне), м;

k_{L} — коэффициент, определяемый по табл. 14 (11).&

Таблица 14 (11)

Примечания. 1. В числителе k_{L} для выработок с \alpha до 35°, а в знаменателе — при \alpha свыше 35°.

2. Для выработок, расположенных под углом к простиранию, принимается как среднее между значениями по простиранию и вкрест простирания.

3. k_{L} для наклонных выработок принимается как для горизонтальных, пройденных по простиранию.

4.6. Охрана выработок от вредного влияния очистных работ кроме оставления предохранительных целиков может осуществляться путем расположения их в разгруженной зоне, образуемой предварительной надработкой (подработкой), отработкой собственного пласта (залежи) или другими способами. При этом для уменьшения деформаций массива при подработке целесообразно производить за кладку выработанного пространства.

Рекомендации по выбору расположения и охране горизонтальных и наклонных выработок представлены в Прил. 11 Руководства.

4.7. В случае влияния очистных работ при эксплуатации выработки в качестве конструктивных мер защиты крепи рекомендуется предусматривать:

применение специальных крепей повышенной податливости;

устройство горизонтальных и вертикальных швов податливости в жестких монолитных бетонных и железобетонных и сборных типах крепи;

применение низкомодульных материалов в качестве демпферного слоя в многослойных крепях и для тампонажа закрепного пространства;

применение крепи усиления и другие меры по своевременному восстановлению рабочего состояния выработки.

&4.8 (4.4). В крепи устьев штолен и наклонных стволов следует предусматривать проемы для ввода и вывода трубопроводов и электрокабелей, а также для примыкания вентиляционных или калориферных каналов.

В сопряжениях каналов с устьями наклонных стволов должны устраиваться предохранительные ограждения.

Для укрепления лобовых откосов, отвода поверхностных вод и оформления выходов в устьях штолен и наклонных стволов необходимо предусматривать устройство порталов, которые следует проектировать из бетона, бутобетона, сборного или монолитного железобетона.

4.9 (4.5). Водоотливные канавки следует проектировать согласно требованиям ГОСТ 5218-75.

4.10 (4.6). Грузовые и порожняковые ветви околоствольных дворов у стволов следует проектировать прямолинейными, на длину не менее локомотивного состава.

4.11 (4.7). Для пешеходного сообщения между грузовой и порожняковой ветвями клетевого ствола необходимо предусматривать обходную выработку либо проход под лестничным отделением или через камеру ожидания.

4.12 (4.8). Проектирование сопряжений выработок следует производить с учетом сечений сопрягаемых выработок и взаимного их влияния, габаритов подвижного состава, типа стрелочных переводов и углов ответвления при соблюдении необходимых проходов, зазоров и уширений.

4.13 (4.9). Радиусы криволинейных участков сопряжений горизонтальных выработок между собой, а также сопряжений горизонтальных и наклонных выработок следует принимать с учетом применяемого транспортного и проходческого оборудования.

4.14 (4.10). Величину уширения на закруглениях горизонтальных выработок при локомотивной откатке следует принимать с наружной стороны кривой не менее 300 мм, с внутренней стороны кривой — не менее 100 мм. При этом расстояние между осями рельсовых путей следует увеличивать по сравнению с междупутьем на прямолинейных участках не менее чем на 300 мм.

4.15 (4.11). Горизонтальные и наклонные выработки необходимо проектировать с учетом обеспечения механизированной доставки людей. На путях следования средств доставки людей следует предусматривать посадочные площадки.&

Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа и расчет крепи

&4.16 (4.12). Выбор типа и расчет параметров крепи горизонтальной и наклонной выработок следует производить в зависимости от категории устойчивости пород с учетом степени воздействия очистных работ и других выработок.

В качестве критерия определения категорий устойчивости пород следует принимать величину их смещений U на контуре поперечного сечения выработки за весь срок ее службы без крепи в соответствии с табл. 15 (9).

Таблица 15 (9)

Отнесение выработки к той или иной категории устойчивости необходимо производить по абсолютной величине максимальных смещений пород на контуре поперечного сечения, которые определяются дифференцированно в кровле, почве и боках выработки.

4.17 (4.13). При соответствующем обосновании в утверждаемых министерствами СССР по согласованию с Госстроем СССР ведомственных нормативных документах, учитывающих специфические условия месторождений, многолетний успешный опыт подземного строительства в бассейнах и др., допускается оценку устойчивости пород в горизонтальных и наклонных выработках и выбор крепи производить по величине безразмерного показателя k_{\text{к}} , определяемого по формуле

k_{\text{к}} = \frac{\gamma\text{Н}_{\text{р}}}{R_{c}} , [39 (25)]

где H_{p} — расчетная глубина размещения выработки, м, определяемая по формуле [1 (1)];

R_{c} — расчетное сопротивление пород сжатию, кПа (тс/м2), определяемое по формуле [2 (2)];

\gamma — удельный вес породы, кН/м3 (тс/м3).

4.18 (4.14). Величину смещения U для горизонтальных и наклонных выработок, расположенных в осадочных и изверженных породах и вне зоны влияния очистных работ, следует определять по формуле

U = k_{\alpha}k_{\theta}k_{s}k_{\text{в}}k_{t}U_{\text{т}} , [40 (26)]

где U_{\text{т}} — смещение пород, мм, принятое за типовое, определяемое по графикам рис. 3 (1) в зависимости от расчетного сопротивления пород сжатию R_{c} <*> и расчетной глубины расположения выработки H_{p} ;

k_{\alpha} — коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки относительно простирания пород или основных плоскостей трещиноватости, определяемый согласно табл. 16 (10);

k_{\theta} — коэффициент направления смещения пород: при определении смещений со стороны кровли или почвы (в вертикальном направлении) k_{\theta} равен 1; при определении боковых смещений пород (в горизонтальном направлении) k_{\theta} определяется по табл. 16 (10);

k_{s} — коэффициент влияния размера выработки, определяемый по формуле

k_{s} = 0,2(b - 1) , [41 (27)]

здесь b — ширина выработки в проходке (вчерне), м;

k_{\text{в}} — коэффициент воздействия других выработок, принимаемый для одиночных выработок и камер равным 1; для сопряжений с односторонним примыканием выработки — 1,4; для сложных сопряжений с примыканием выработок в виде двустороннего заезда или пересекающихся выработок — 1,6; для параллельных выработок — по формуле

k_{\text{в}} = \frac{b_{1} + b_{2}}{L} k_{L} , [42 (28)]

где L — расстояние между выработками, м;

b_{1} + b_{2} — суммарная ширина взаимовлияющих выработок в проходке (вчерне), м;

k_{L} — коэффициент, определяемый согласно табл. 14 (11);

k_{t} — коэффициент влияния времени возведения крепи.

<*> В пп. 4.18 (4.14) - 4.51 и на рисунках к ним R_{c} принимается в МПа; значения \gamma учтены при построении графиков.

типового смещения пород U_{\text{т}}

Таблица 16 (10)

Рис. 4 (2). Графики для определения коэффициента k_{t} при t от 1 года до 15 лет

4.19. При определении величин смещений пород для выработок, расположенных в зоне влияния очистных работ, рекомендуется использовать автоматизированную систему расчета «Уголь», изложенную в Прил. 12 Руководства.

4.20. Для выработок, поддерживаемых в зоне влияния крутых пластов Центрального района Донбасса, общая величина расчетных смещений пород (в мм) складывается из двух составляющих: величины U_{1} , определяемой по формуле [40 (26)] настоящих норм, и дополнительной величины U_{\text{оч}} непосредственного влияния очистных работ. Одна из возможных расчетных схем определения U_{\text{оч}} приведена в Прил. 13 Руководства.

&4.21 (4.15). В выработках, пройденных по простиранию и при углах падения пород \alpha от 20 до 50°, кроме смещений в вертикальном и горизонтальном направлениях, необходимо определять смещения по нормали к напластованию по формуле

где U_{\text{к}} — смещения со стороны кровли выработки, мм.

4.22 (4.16). Величину смещения U для соляных и подобных им пород следует определять по формуле

U = 500\epsilon_{\theta}b(1 + 0,07t)k_{\text{в}} , [44 (30)]

где \epsilon_{\theta} — относительные деформации пород за первый год службы выработки, определяемые по графику рис. 5 (3);

t — срок службы выработки, лет;

Рис. 5 (3). График для определения \epsilon_{\theta}

4.23. Исходя из опыта разработки калийных месторождений при подсчете H_{p} по формуле [1 (1)] настоящих норм коэффициент k рекомендуется принимать для Солигорского и Верхнекамского месторождений равным 1, а для Калушского и Стебниковского — 1,5.

Рис. 6. Графики для определения k_{c\text{л}}

На рис. 6 кривая 1 относится к расчету смещений в боках горизонтальных и наклонных выработок, а кривая 2 — расчету смещений в кровле и почве выработок.

Для условий, подобных Калушскому месторождению, формула [44 (30)] верна для интервала времени 1 <= t <= 10 лет. При t > 10 лет смещения принимать равными U при t = 10 годам.

&4.25 (4.17). В горизонтальных и наклонных выработках в осадочных (исключая соляные) и изверженных породах, расположенных вне зоны воздействия очистных работ и других выработок, следует применять:

в породах I категории устойчивости — анкерную или набрызгбетонную крепь толщиной не менее 30 мм. В монолитных, малотрещиноватых породах допускается оставление выработок без крепи;

в породах II категории устойчивости — монолитную бетонную крепь, комбинированную из набрызгбетона толщиной не менее 50 мм с анкерами и металлической сеткой или без нее, рамную крепь из железобетонных стоек с металлическими верхняками, сборную тюбинговую, металлическую податливую крепь без обратного свода, анкер-металлическую, металлическую арочную крепь с набрызгбетонным покрытием и тампонажем закрепного пространства;

в породах III и IV категорий устойчивости — сборную тюбинговую и блочную, а при соответствующем обосновании металлобетонную, металлическую податливую и анкер-металлическую крепи; при этом в породах почвы I и II категорий устойчивости в крепи указанных типов обратный свод не предусматривается.

В осадочных породах почвы III и IV категорий устойчивости и изверженных породах IV категории устойчивости — крепи, как правило, должны быть с обратным сводом.

В породах III и IV категорий устойчивости допускаются крепи без обратного свода, но с обязательным осуществлением мероприятий по уменьшению смещений почвы путем упрочнения пород цементацией, анкерованием или разгрузкой массива.

4.26. При наличии в кровле выработок трещиноватых и тонкослоистых пород при всех категориях их устойчивости для предотвращения вывалов и обрушений кровли при проведении выработок следует предусматривать установку в кровле непосредственно у забоя анкерной крепи, тип и параметры которой могут определяться в соответствии с рекомендациями Прил. 14. При отсутствии необходимых исходных данных допускается принимать анкерную крепь без расчета с длиной анкеров l_{a} = 0,3b и плотностью 1 анкер на 1 м2. При этом увеличение расчетной прочности массива R_{c} рекомендуется определять путем умножения ее на коэффициент k_{\text{упр}} , который определяется в соответствии с рис. 7.

Рис. 7. Коэффициент упрочнения пород k_{\text{упр}}

анкеров (n_{s}) и их несущей способности P_{a}

1 — P_{a} = 50\text{кН} ; 2 — P_{a} = 100\text{кН} ; 3 — P_{a} = 150\text{кН}

В указанных условиях также следует предусматривать технологические мероприятия по предотвращению вывалов и обрушений пород кровли (уменьшение некрепленого пространства у забоя, применение комбайновой проходки или гладкостенного взрывания пород и т.п.).

4.27. При применении сборных тюбинговой и блочной крепей, а в породах III и IV категорий устойчивости и металлобетонной крепи, кроме забутовки следует предусматривать тампонаж закрепного пространства песчано-цементным раствором, обеспечивающий равномерность нагружения крепей и повышение их несущей способности, а также упрочнение пород. При применении тампонажа закрепного пространства расчеты крепей следует производить с учетом увеличения R_{c} в 1,3 раза.

4.28. Мероприятия по упрочнению пород почвы цементацией или анкерами при применении в породах III и IV категорий устойчивости крепей без обратного свода следует применять в условиях неразмокающих пород с R > 30 МПа при величинах смещения почвы U_{\text{п}} = 600 - 700\text{мм} . В случае упрочнения пород почвы устанавливаемой у забоя анкерной крепью с длиной анкеров l_{a} \geq 0,3b смещения почвы могут быть определены в соответствии с п. 4.18 (4.14) при увеличении R_{c} на k_{\text{упр}} по графикам рис. 7. В случае упрочнения пород почвы нагнетаемым в них цементным раствором следует руководствоваться рекомендациями Прил. 15 и 16 Руководства.

4.29. Мероприятия по упрочнению пород вокруг выработок путем нагнетания в них цементных растворов или смол являются эффективным средством повышения устойчивости пород, снижения смещений и нагрузок на крепь, а следовательно, обеспечения возможности применения более легкой крепи и повышения темпов сооружения выработки.

Упрочнение пород также является эффективным средством корректировки проектных решений в случае отличия фактических значений сопротивления пород и их трещиноватости от принятых в проекте при определении R_{c} , поэтому рассмотрение в проекте вопросов объединения смежных участков по длине выработки, определения R_{c} участков, установления категории устойчивости пород на участках, выбора типа и параметров крепи следует обязательно производить с учетом предварительного или последующего упрочнения пород.

4.30. Предварительное (опережающее забой выработки) упрочнение пород рекомендуется применять в трещиноватых породах с k_{s}<0,3 (в зонах тектонических нарушений) при отнесении пород к III и IV категориям устойчивости. В конкретных условиях выбор упрочняющих материалов, параметров их нагнетания и расчетное упрочнение пород следует принимать в соответствии с отраслевыми нормативами, рекомендациями специализированных организаций и экспериментальными данными применения предварительного упрочнения пород. При отсутствии нормативов и экспериментальных данных при размерах зоны упрочнения пород не менее 0,5b допускается R_{c} принимать равным 0,6R, но не более прочности упрочняющего материала.

Последующее упрочнение пород рекомендуется применять в породах III и IV категорий устойчивости с отставанием от забоя выработки не менее 25 — 30 м после образования вокруг выработки зоны разрушенных пород. При последующем упрочнении пород цементным раствором в случае установки у забоя податливой металлической крепи для условий Донецкого и аналогичных ему бассейнов параметры упрочнения пород следует принимать в соответствии с Прил. 15. При применении монолитных и сборных бетонных, железобетонных и металлобетонных крепей их расчеты допускается производить при увеличении R_{c} в 1,6 раза.

&4.31 (4.18). При выборе типа крепи выработок в соляных породах необходимо руководствоваться следующими требованиями:

а) в породах I категории устойчивости при смещении кровли в однородных породах до 200 мм и в слоистых — до 150 мм допускается поддержание выработок без крепи. При смещении кровли более указанных пределов необходимо устанавливать анкерную крепь;

б) в однородных породах II категории устойчивости следует применять в кровле анкерную крепь, в слоистых породах необходимо устанавливать крепи поддерживающего типа (податливые, рамные и др.);

в) в породах III, IV категорий устойчивости следует применять податливые крепи или жесткие крепи с податливыми элементами (или слоем), способные компенсировать 70% расчетных смещений.&

4.32. При применении анкерной крепи мощность скрепленных слоев кровли определяется из условия сформирования грузонесущей конструкции (плиты) в зависимости от эквивалентного пролета, напряженного состояния и механических характеристик кровли, определяемых согласно Прил. 14.

4.33. В стационарных технологических камерах и породах III и IV категорий устойчивости при возведении монолитной бетонной крепи без элементов конструктивной податливости между контуром обнажения массива и наружным контуром крепи должен быть оставлен технологический зазор, заполняемый пластическим, весьма вязким, материалом. В качестве последнего целесообразно применение битума.

Необходимость проходки разгружающих выработок или щелей определяется в зависимости от величины относительной деформации \epsilon , определяемой по формуле

\epsilon = \frac{AUh_{c\text{л}}}{b^{2}} , [45]

где U — ожидаемое смещение по формуле [44 (30)], см;

h_{c\text{л}} — мощность слоев в кровле, см;

b — ширина выработки, см;

A — коэффициент, учитывающий податливость упругого защемления потолочины в бортовых целиках. Для выработок прямоугольного сечения A = 8, для выработок круглой формы A = 6.

4.35. Ширина целика между охраняемой и разгружающей выработкой не должна превышать 2 — 2,5 м (ленточный целик) и 3 — 3,5 м (столбчатый целик).

Кровля в разгружающей выработке должна быть выше кровли охраняемой выработки на 0,5 — 1 м.

Разгружающие щели устраиваются при невозможности или экономической нецелесообразности разгружающей выработки.

Наиболее эффективны разгружающие щели в кровле. Ширина разгружающей щели определяется по расчету из условия ожидаемых смещений по формуле [44 (30)], высота (глубина) 0,8 — 1 м.

4.37. Конструктивную податливость крепи U_{\text{кр}} рекомендуется определять на основании расчетных смещений пород на контуре сечения выработки, пользуясь графиками рис. 8 (4).

Рис. 8 (4). Графики для определения нормативной нагрузки на крепь

4.38. В случае расположения выработки в породах IV категории устойчивости податливость крепи необходима для снижения нагрузок и облегчения общей конструкции крепи. Вместе с тем обеспечить весьма большую податливость для мощных типов крепи в этих условиях затруднительно. Необходимо решать вопрос о технологической податливости за счет забутовки и отставания возведения крепи от забоя согласно п. 4.51 (4.28) настоящих норм.

Пример. Установлено, что в кровле выработки, пройденной в изверженных породах, расчетные смещения U составляют 400 мм. Для поддержания выработки принята блочная крепь с несущей способностью 500 кПа. Требуется применить меры конструктивной защиты крепи.

Решение. Для определения конструктивной податливости этой крепи на рис. 8 (4) откладываем величину 500 кПа и по горизонтали находим точку пересечения с линией, соответствующей смещениям 400 мм. Проекция точки пересечения на ось абсцисс определяет величину конструктивной податливости крепи U_{\text{кр}} , равную 250 мм (за счет отпора крепи здесь погашается 150 мм).

Для обеспечения податливости крепи на величину 250 мм потребуется установить прокладки с суммарной толщиной около 500 мм, что не целесообразно, поскольку ухудшится устойчивость крепи. Уменьшение величины конструктивной податливости крепи может быть достигнуто за счет технологической податливости согласно п. 4.51 (4.28) настоящих норм. Так, например, при возведении крепи с отставанием от забоя и реализацией смещений на контуре до установки крепи (U_{t} = 100\text{мм}) , а также при применении забутовки (U_{\text{з}} = 50\text{мм}) , величина конструктивной податливости крепи составит 100 мм.

4.39. В случае воздействия на выработку очистных работ необходимо заблаговременно предусматривать меры ее сохранения в эти наиболее тяжелые периоды эксплуатации. Возможны при этом варианты, когда в выработке не требовалось до попадания в зону влияния очистных работ мощных крепей, а применялись крепи небольшой несущей способности. В таких случаях необходимо поэтому предусматривать различные меры (за счет увеличения плотности, других типов крепи и т.п.), обеспечивая в то же время сохранение выработки за счет придания крепи большой податливости.

&4.40 (4.20). В рамных крепях должны применяться жесткие из сборного железобетона (плоские, кессонные, равного сопротивления) и гибкие (из металлической сетки, стеклотканевого рулонного материала и др.) межрамные ограждения.&

4.41. В Прил. 17 даны рекомендации по расчету межрамных ограждений.

&4.42 (4.21). На сопряжениях и примыкающих к ним участках выработок крепи на участках взаимного влияния выработок должны иметь близкие деформационные характеристики.

4.43 (4.22). В стальных арочных крепях при породах с R_{c} менее 15 МПа (150 кгс/см2) под стойками арочной крепи следует предусматривать опоры или прогоны, исключающие вдавливание стоек в почву.

4.44 (4.23). Податливые элементы любой конструкции крепи выработок, сооружаемых на крутых и наклонных пластах в направлении их простирания, необходимо располагать с учетом ожидаемых максимальных смещений по нормали к напластованию.

4.45 (4.24). В наклонных выработках, закрепленных рамной или сборной железобетонной крепью, при углах наклона более 30° следует предусматривать усиленную связь с массивом с помощью тампонажа закрепного пространства, прикрепления элементов крепи к массиву анкерами, опорными венцами и другие меры усиления связи крепи с массивом горных пород.

4.46 (4.25). На сопряжениях горизонтальных выработок следует предусматривать бетонные опоры с минимальными размерами: по длине — 2000 мм, а по ширине со стороны угла сопряжения — 500 мм.&

4.47. В бетонных опорах рекомендуется предусматривать податливые элементы путем установки прокладок величиной 100 — 150 мм.

&4.48 (4.26). При проектировании крепи для пород I категории устойчивости горизонтальных и наклонных выработок параметры крепи допускается принимать без расчета.

4.49 (4.27). Расчетная нагрузка на все виды крепи, за исключением рамных податливых, определяется дифференцированно в кровле и почве (в вертикальном направлении), в боках (в горизонтальном направлении), а при угле падения пород \alpha от 20 до 50° и по нормали к напластованию по формуле

\text{Р } = k_{\text{п}}k_{\text{н}}m_{\text{в}}\text{Р}^{\text{н}} , [46 (31)]

где \text{Р}^{\text{н}} — нормативная нагрузка на крепь, определяемая с учетом пп. 4.14 - 4.16 и 4.28 настоящего Руководства, кПа (тс/м2);

k_{\text{п}} — коэффициент перегрузки, принимаемый по табл. 17 (12);

m_{\text{в}} — коэффициент условий проведения выработок, принимаемый равным 1 при буровзрывном способе, а при комбайновом способе проведения выработок m_{\text{в}} следует принимать по табл. 18 (13).

Таблица 17 (12)

Таблица 18 (13)

Примечание. Расчетная нагрузка на рамные податливые крепи определяется по методикам специализированных организаций.&

4.50 Расчетную нагрузку на рамные податливые крепи можно определить по формуле

\text{Р}_{\text{р}} = k_{\text{п}}k_{\text{н}}m_{\text{в}}b\text{Р}^{\text{н}} , [47]

где b — ширина выработки, м;

k_{\text{п}} , k_{\text{н}} , m_{\text{в}} , \text{Р}^{\text{н}} — обозначения те же, что в формуле [46 (31)].

На графиках рис. 8 (4) величина ординаты точки перегиба прямолинейного и криволинейного участка линий U - \text{Р}^{\text{н}} соответствует нагрузке \text{Р}^{\text{н}} на 1 м2 выработки.

Смещения, происходящие до установки крепи U_{t} , определяются по формуле

U_{t} = Uk_{t} , [48 (32)]

где k_{t} — коэффициент влияния времени на смещение пород, определяется по графику рис. 9 (5).

Рис. 9 (5). Графики для определения коэффициента k_{t} при t < 1 года

Смещения, компенсируемые за счет сжатия забутовочного материала U_{\text{з}} , зависят от сжимаемости материала, толщины забутовочного слоя и расчетной нагрузки на крепь и определяются опытным путем. Для забутовочного материала из дробленых пород при отсутствии опытных данных U_{\text{з}} допускается принимать равным 25% толщины забутовочного слоя.

Конструктивная податливость крепи U_{\text{кр}} принимается по ее технической характеристике. Для монолитных бетонных и железобетонных типов крепи при определении конструктивной податливости U_{\text{кр}} следует учитывать величину усадки и ползучесть бетона при твердении, которую следует принимать: для однопутевых выработок равной 20 мм, для двухпутевых — 40 мм.&

4.52. На контуре сечения выработки до установки в ней крепи практически всегда реализуются смещения пород и поэтому получаемые по формуле [48 (32)] значения U_{t}>0 .

4.54. Для выработок, сооружаемых в породах II категории устойчивости, конструктивные параметры жесткой и ограниченно податливой крепи для всех выработок по их значимости (табл. 1 Руководства) принимаются без статического и прочностного расчета. В случае применения монолитной бетонной сводчатой крепи толщину стен рекомендуется принимать в зависимости от расчетной нагрузки, марки бетона и ширины выработки по графикам рис. 10. Толщина бетонной крепи в своде принимается на 30% меньше, чем в стенах.

Рис. 10. Графики для выбора толщины монолитной

нагрузки P, ширины выработки b и марки бетона:

1 — М150; 2 — М200; 3 — М300

При применении монолитных железобетонных крепей с жесткой арматурой из двутаврового профиля предварительный выбор плотности установки двутавровых рам на 1 м для кольцевой крепи рекомендуется производить по графикам рис. 11 в зависимости от расчетной нагрузки, ширины выработки и номера профиля двутавра. При этом толщина бетона принимается равной 30 см.

двутавровых рам и монолитной железобетонной нагрузки

выработки b и номера двутаврового профиля:

1 — № 16; 2 — № 18; 3 — № 20; 4 — № 22; 5 — № 24

В случае применения крепи с выположенным сводом в кровле и почве плотность установки рам увеличивается на 25%.

Некоторые конструктивные параметры для других типов крепи приведены в Прил. 4 Руководства.

4.55. При проведении выработки в породах III категории устойчивости, когда расчетные нагрузки не превышают 400 кПа, для выработок III и IV классов значимости (см. табл. 1) допускается параметры крепи принимать также без статического и прочностного расчета согласно п. 4.54.

По табл. 19, с учетом размеров ширины выработки или площади ее сечения в свету, выбирается тип спецпрофиля и определяется требуемая несущая способность крепи NS на раму. Допускается применять в выработках меньшего сечения более тяжелые типы спецпрофиля с целью снижения плотности крепи.

Таблица 19

Плотность установки рам крепи из спецпрофиля на 1 м выработки n определяется путем деления расчетной нагрузки P_{\text{р}} , получаемой, согласно п. 4.50, на несущую способность NS крепи одной рамы.

Решение. На графике рис. 8 (4) по оси абсцисс откладываем величину смещения 200 мм и по оси ординат получаем \text{Р}^{\text{н}} = 100\text{кПа} . Для рассматриваемых условий определяем значения коэффициентов, входящих в формулу [47]: k_{\text{п}} = 1,05 ; k_{\text{н}} = 1 ; \text{т}_{\text{в}} = 1 . По формуле [47] находим \text{Р}_{\text{р}} = 1,05 \cdot 1 \cdot 5 \cdot 100 = 525\text{кПа} \cdot \text{м} , что соответствует 525 кН/м. В соответствии с табл. 19, в выработке шириной 5 м следует применять спецпрофиль СВП-33 с несущей способностью 370 кН/раму. Необходимую плотность установки крепи определяем из выражения

\frac{P_{\text{р}}}{NS} = \frac{525}{370} \approx 1,5\text{рамы}/\text{м} .

4.57. Примеры расчетов проявлений горного давления в горизонтальных и наклонных выработках, выбора типов крепи и их параметров представлены в Прил. 18 Руководства. В Прил. 20 приведены рекомендации использования автоматизированной системы проектирования «Недра» для угольных месторождений.

5. КАМЕРЫ

Объемно-планировочные и конструктивные решения

КАМЕРЫ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК

&5.1 (5.1). Расположение камеры главной водоотливной установки надлежит предусматривать, как правило, в блоке с камерой центральной подземной электроподстанции.

В камерах водоотливных установок надлежит предусматривать средства вспомогательного транспорта, а также грузоподъемные приспособления для доставки и монтажа оборудования.

В случае применения рельсового транспорта головки рельсов должны быть расположены заподлицо с полом камеры.

5.2 (5.2). Размеры камер водоотливных установок надлежит определять исходя из количества насосных агрегатов и из условий расположения их вдоль продольной оси камеры в один ряд, принимая расстояние между ними — 1000 мм.

При определении размеров камер следует также учитывать размещение необходимых средств автоматизации и грузоподъемных механизмов.

В камерах водоотливных установок расстояние от наиболее выступающих частей насосного агрегата до ближайшей стены камеры необходимо предусматривать:

по длине камеры со стороны водотрубного ходка — не менее ширины водотрубного ходка, а с противоположной стороны — не менее длины платформы для перевозки оборудования и зазора 400 мм; при отсутствии наклонного водотрубного ходка и поворотной платформы — зазора по 1000 мм с обеих сторон камеры;

по ширине камеры — не менее суммарного расстояния, определяемого габаритами оборудования или шириной платформы для перевозки и зазоров по 200 мм до выступающих частей насосных агрегатов и до стенки камеры со стороны рельсового пути и не менее 500 мм от выступающих частей насосного агрегата до противоположной стены.

5.3 (5.3). Высоту камеры (главных и участковых) водоотливных установок следует определять с учетом:

превышения отметок фундаментов насосных агрегатов над уровнем пола камеры не менее 100 мм;

подъема грузоподъемными средствами оборудования над рельсовой платформой, а в камерах без рельсовых путей — над полом на высоту не менее 150 мм;

зазора не менее 100 мм между грузоподъемными средствами и нагнетательным трубопроводом, располагаемым поверху на высоте не менее 1800 мм;

установки электрооборудования в незаглубленных камерах таким образом, чтобы места, доступные для проникновения воды к токоведущим частям электрооборудования, были на высоте не менее 1000 мм от головок рельсов околоствольного двора (у ствола).

5.4 (5.4). Камеры главных незаглубленных и заглубленных водоотливных установок надлежит проектировать с двумя выходами (ходками), расположенными в противоположных концах камеры независимо от блокировки камер главной водоотливной установки и электроподстанции; при этом необходимо предусматривать, чтобы в камерах один из ходков, предназначенный для доставки оборудования транспортными средствами, принятыми на шахте (руднике), соединял камеры с главной откаточной выработкой.

5.5 (5.5). Поперечные размеры ходков, по которым в камеры доставляется оборудование, следует принимать:

по ширине — с учетом максимальных габаритов доставляемого оборудования и зазоров не менее 200 мм с каждой стороны выработки;

по высоте — исходя из максимальной высоты оборудования и зазора 200 мм до кровли ходка, но не менее 1500 мм для наклонного и 1900 мм для горизонтального ходка.

5.6 (5.6). Наклонный водотрубный ходок, соединяющий незаглубленную камеру главной водоотливной установки с наклонным стволом, следует располагать, как правило, под углом наклона до 20° к горизонту с таким расчетом, чтобы в месте сопряжения ходка со стволом расстояние по вертикали от уровня пола насосной камеры было не менее 3500 мм.

В заглубленных камерах водоотливных установок углы наклона водотрубных ходков надлежит определять в зависимости от горно-геологических условий.

В наклонных ходках должны быть предусмотрены лестницы или сходни (трапы) с перилами.

5.7 (5.7). В незаглубленных камерах водоотливных установок при числе насосных агрегатов не более трех надлежит предусматривать, как правило, один водозаборный колодец, располагаемый внутри камер.

Конструктивные размеры водозаборного колодца следует принимать из расчета обеспечения полного удаления воды из водосборника при режиме работы насосов, исключающем кавитацию и аэрацию, а также с учетом зазоров не менее 200 мм между сливными задвижками и стенками водозаборного колодца и размещения всасывающих клапанов на расстоянии, равном утроенному диаметру всасывающих труб. При этом глубина водозаборного колодца должна быть не менее 1800 мм (от подошвы водосборника).

ВОДОСБОРНИКИ И ОСВЕТЛЯЮЩИЕ РЕЗЕРВУАРЫ

5.8 (5.8). Поперечное сечение водосборников следует принимать не менее 4,5 м2 в свету при высоте выработки не менее 1900 мм.

Водосборники насосных камер заглубленного типа должны иметь два выхода на откаточные выработки. Один из выходов необходимо устраивать непосредственно над водоприемными клапанами, доступ к которым следует предусматривать по лестницам или скобам.

5.9 (5.9). Ветви водосборников при наличии осветляющих резервуаров должны иметь уклон 0,001 в сторону насосной камеры, а при чистке водосборников через наклонные ходки ветви должны иметь подъем 0,001 в ту же сторону.

5.10 (5.10). При наличии в шахтной воде абразивных частиц (породы, руды, угля) следует предусматривать осветляющие резервуары с устройствами для их механизированной очистки.

КАМЕРЫ ЗУМПФОВЫХ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК

5.11 (5.11). При наличии на площадке двух стволов следует предусматривать, как правило, одну камеру зумпфового водоотлива в стволе с наибольшей глубиной и с перепуском воды из другого ствола по специальной выработке (скважине).

5.12 (5.12). В камерах зумпфовых водоотливных установок расстояние от наиболее выступающих частей насосных агрегатов следует принимать по длине до стены камеры — 1500 мм, по ширине со стороны прохода — 800 мм и с противоположной стороны — 400 мм, а между насосными агрегатами — 1000 мм.

Высоту камеры зумпфовой установки при плоском перекрытии следует принимать не менее 2200 мм, а при сводчатом перекрытии — не менее 1600 мм от пола до пяты свода.

5.13 (5.13). Нагнетательный трубопровод в камере следует располагать на высоте не менее 1500 мм со стороны, противоположной проходу. При установке в камерах зумпфового водоотлива насосных агрегатов с электроприводом мощностью 100 кВт и более необходимо применять грузоподъемные средства.

КАМЕРЫ ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПУНКТОВ

5.15 (5.15). Камеры подземных электроподстанций и распределительных пунктов высокого напряжения следует располагать:

центральных подземных подстанций (ЦПП) — в околоствольных дворах, вблизи шахтных стволов с непосредственным примыканием к камере незаглубленной главной водоотливной установки;

распределительных пунктов высокого напряжения (РПП) — в центре расположения высоковольтных потребителей электроэнергии (стационарных и передвижных участковых подстанций);

стационарных участковых подстанций (УПП) — вблизи основных потребителей электроэнергии;

преобразовательных подстанций (ППП) — в околоствольных дворах и на участках шахт.

При соответствующем обосновании допускается расположение указанных камер в других местах.

5.16 (5.16). В камерах подземных электроподстанций надлежит предусматривать места для установки аппаратуры автоматизации и грузоподъемных средств.

5.17 (5.17). Камеру центральной подземной электроподстанции, непосредственно примыкающую к незаглубленной камере главной водоотливной установки, надлежит отделять от последней противопожарной стеной толщиной не менее 200 мм.

В перемычке необходимо предусматривать устройство противопожарной и решетчатой дверей. Двери должны открываться в сторону насосной камеры. Полы камеры ЦПП и камеры главной незаглубленной водоотливной установки должны быть на одном уровне.

При примыкании камеры ЦПП или РПП непосредственно к откаточной выработке в разделяющей их стене надлежит предусматривать монтажные проемы.

5.18 (5.18). При проектировании электротехнических камер соляных рудников необходимо:

камеры размещать перед перегрузочными и погрузочными пунктами по ходу свежей струи;

пол подстанции предусматривать на 500 мм выше отметки почвы примыкающей выработки;

КАМЕРЫ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН И ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ СКИПОВЫХ ПОДЪЕМОВ

5.19 (5.19). В камерах подъемных машин и лебедок следует предусматривать два выхода (ходка): один — для канатов, второй — для доставки в камеру оборудования и материалов. Сечение этого ходка следует определять исходя из условий транспортировки наиболее крупной детали подъемной машины или лебедки.

Размеры камер надлежит принимать с учетом возможности установки грузоподъемных средств для обслуживания и ремонта оборудования, а также устройства, при необходимости, стационарных рабочих мест.

5.20 (5.20). В камерах шкивов с диаметром более 2000 мм следует предусматривать монтажные балки для монтажа и ремонта шкивов. Высота установки монтажной балки должна быть не менее суммы наружного диаметра шкива, минимальной длины монтажного приспособления в стянутом виде со стропами и зазора 100 мм от подшкивных балок.

5.21 (5.21). Размеры камеры загрузочного устройства должны определяться с учетом размещения подъемно-транспортных приспособлений для монтажа и ремонта оборудования, аспирационно-обеспыливающих устройств и аппаратуры автоматизации и телемеханики.

Камера загрузочного устройства должна отделяться от ствола съемными сетками ограждения или железобетонной стенкой с монтажными проемами.

5.22 (5.22). Для сообщения между площадками в камере загрузочного устройства следует предусматривать лестницы или скобы.

Если для сообщения камеры загрузочного устройства с околоствольным двором предусматривается ходок, то сопряжение его с околоствольным двором необходимо располагать в специальной нише, позволяющей изолировать камеру от околоствольного двора при помощи дверей в нише или над сопряжением — лядами.

5.23 (5.23). Бункера для полезного ископаемого и породы следует предусматривать, как правило, вертикальными — круглого сечения. При аккумулировании угля, слеживающихся руд и породы в наклонном бункере рядом с ним следует предусматривать ходок.

Наклонную часть бункеров следует предусматривать под углом не менее: для угля — 50°, для породы и неслеживающихся руд — 60° и для слеживающихся руд — 70°.

КАМЕРЫ ОПРОКИДЫВАТЕЛЯ, ДРОБИЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ДРУГИХ РАЗГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

5.24 (5.24). Камеры опрокидывателя и толкателя следует располагать на прямолинейном участке выработки.

5.25 (5.25). Размеры камер опрокидывателя и толкателя необходимо определять исходя из габаритов оборудования и грузоподъемных приспособлений с учетом размещения аспирационно-обеспыливающих устройств. В камерах с обгонным путем зазор между наиболее выступающей частью опрокидывателя и подвижным составом следует принимать не менее 200 мм.

5.26 (5.26). В камерах опрокидывателя с перепуском руды помещение пальцевого, секторного затвора или питателя должно быть отделено стенкой, в которой следует предусматривать стальную дверь и монтажный проем для доставки деталей и узлов этого оборудования, перекрываемый съемными щитами.

Для контроля заполнения полезным ископаемым рудоспуска под опрокидывателем должен устанавливаться датчик.

5.27 (5.27). Для осмотра оборудования, расположенного в подвалах камер, необходимо предусматривать люки в перекрытиях и лестницы для спуска людей. Пол подвала должен иметь уклон не менее 0,002 в направлении к специально предусмотренному приямку или бункеру.

5.28 (5.28). Камеры дробильной установки должны иметь два выхода (ходка) — горизонтальный и наклонный или вертикальный, предназначаемые для доставки оборудования, материалов, прохода людей и прокладки коммуникаций.&

В наклонном и вертикальном ходках необходимо предусматривать лестницы с перилами.

5.29 (5.29). Размеры камер дробильных установок следует определять с учетом грузоподъемных средств. Для осмотра и ремонта кранового оборудования в торце камеры следует иметь ремонтную площадку.

5.30 (5.30). Размеры камеры пластинчатых питателей следует определять с учетом:

зазора между питателями со стороны привода и крепью не менее 1200 мм;

резервной площадки тупиковой части выработки длиной 2000 мм;

высоты камеры над натяжной и приводной звездочкой питателя не менее 4000 мм;

установки в нишах для электродвигателя грузоподъемных средств.

5.31 (5.31). Под пластинчатыми питателями следует предусматривать специальные устройства для сбора и удаления просыпающейся мелочи.

5.32 (5.32). Все монтажные проемы и лазы в камерах дробильных установок должны перекрываться съемными щитами и иметь ограждения.

5.33 (5.33). Размеры приемных бункеров для недробленой руды необходимо определять: по ширине — количеством одновременно разгружаемых вагонеток, по высоте — углом наклона боковых стенок бункера, который следует принимать не менее 55°.

КАМЕРЫ ДЕПО ЭЛЕКТРОВОЗОВ И ДЛЯ РЕМОНТА ВАГОНЕТОК

5.35 (5.35). Депо электровозов следует размещать, как правило, в районе околоствольного двора: для аккумуляторных электровозов только в отдельных камерах, а для контактных — в отдельных камерах или за счет местного расширения откаточной выработки с ограждением от выработки сплошной несгораемой стеной.

5.36 (5.36). Депо аккумуляторных электровозов следует предусматривать в составе сблокированных между собой камер: зарядной, преобразовательной подстанции и ремонтной мастерской, в которой необходимо оборудовать стационарные рабочие места.

Допускается размещение ремонтной мастерской на расширении участка заезда в зарядную камеру. При этом дополнительный заезд в ремонтную мастерскую не требуется. Камера должна быть отгорожена от заезда бетонной стеной толщиной не менее 200 мм.

При устройстве и оборудовании преобразовательной подстанции необходимо соблюдать требования Правил устройства электроустановок (ПУЭ), утвержденных Минэнерго СССР.

&5.37 (5.37). Депо контактных электровозов следует предусматривать в составе камеры ремонтной мастерской и заезда в нее, используемого для стоянки запасных электровозов.

5.38 (5.38). Длина зарядных камер должна выбираться с таким расчетом, чтобы зарядные столы располагались в один продольный ряд, при этом расстояние между батареями, расположенными на зарядных столах, следует принимать 1000 мм и свободный проход между крайними зарядными столами и стеной камеры — 2500 мм.

5.39 (5.39). Ширину зарядных камер следует определять с учетом ширины прохода для людей не менее 700 мм и минимальных зазоров: 600 мм — между батареей на зарядном столе и крепью; 260 мм — между батареей на зарядном столе и электровозом.

Высоту зарядных камер следует принимать с учетом подъема краном батарей над зарядным столом на высоту не менее 150 мм, а общую высоту камеры преобразовательной подстанции не менее 2200 мм.

5.40 (5.40). Высоту камер ремонтных мастерских для аккумуляторных и контактных электровозов надлежит определять с учетом размещения монтажных балок на высоте не менее 3000 мм, а ширину — с учетом проходов по 700 мм с обеих сторон.

В камерах ремонтных мастерских надлежит предусматривать смотровые ямы шириной не более 1000 мм, глубиной — 1650 мм и длиной, равной длине принятого проектом электровоза при одном ремонтном месте, и суммарной длине двух электровозов — при двух ремонтных местах.

В одном из концов смотровой ямы по всей ее ширине необходимо предусматривать приямок глубиной 500 мм, в сторону которого пол ямы должен иметь уклон до 0,01. Для спуска в яму людей следует предусматривать бетонную или стальную лестницу или скобы, заделанные в стену.

5.41 (5.41). При проектировании камер депо аккумуляторных электровозов надлежит предусматривать один заезд в камеру при инвентарном количестве электровозов до 3, два заезда — при инвентарном количестве электровозов до 10 и три заезда — при инвентарном количестве электровозов более 10.

Для камер депо контактных электровозов следует предусматривать один заезд при одном ремонтном месте в камере и два заезда — при наличии двух и более ремонтных мест.

Количество необходимых ремонтных мест следует определять расчетом.

5.42 (5.42). Заезды в зарядные камеры, а также в депо электровозов следует предусматривать с противопожарными дверями, открывающимися наружу.

В камерах депо электровозов следует предусматривать бетонные полы, а рельсы — укладывать заподлицо с полом.

5.43 (5.43). Камеры для текущего ремонта, чистки и смазки вагонеток следует предусматривать в тех случаях, когда размеры клетей не допускают выдачу на поверхность вагонеток, используемых для откатки полезного ископаемого и породы.

Во всех остальных случаях следует предусматривать камеру только для смазки вагонеток.

Камеры должны закрепляться несгораемой крепью и иметь противопожарные двери.

5.44 (5.44). Длину камер для текущего ремонта, чистки и смазки вагонеток надлежит определять с учетом минимальных зазоров: 1500 мм — между вагонетками и станочным оборудованием, 1200 мм — между вагонеткой и дверью, 700 мм — между двумя вагонетками.

Длина отделения, предназначенного для станочного оборудования, должна быть не менее 3000 мм.

КАМЕРЫ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО САМОХОДНОГО ТРАНСПОРТА

5.45 (5.45). Гараж должен обеспечивать стоянку всего списочного состава парка, за исключением машин, находящихся в ремонте.

5.46 (5.46). Ремонтную мастерскую следует предусматривать в случае отсутствия возможности доставки оборудования на поверхность без разборки его на основные узлы. Допускается расположение ремонтной мастерской в одной выработке с гаражом при условии их разделения несгораемой стенкой с противопожарными дверями и наличия независимых выходов.

5.47 (5.47). Размеры камер гаража и ремонтной мастерской следует определять с учетом габаритов обслуживаемых машин, необходимых проходов для людей между машинами и возможности маневров при въезде и выезде машины, имеющей наибольший радиус поворота, а также с учетом устройства стационарных рабочих мест.

Высоту камер следует определять с учетом высоты размещаемых грузоподъемных средств.

5.48 (5.48). Подземные склады горюче-смазочных материалов (ГСМ) следует размещать в обособленных камерах, имеющих не менее двух отдельных выходов в прилегающие выработки. Выходы должны быть расположены в наиболее удаленных друг от друга частях камеры, каждый выход оборудуется противопожарным поясом с двумя металлическими дверями.

5.49 (5.49). В складах ГСМ почва камеры должна быть ниже уровня почвы прилегающих выработок или перед выходом из камеры должен быть устроен бетонный вал. Заглубление или вал должны быть такими, чтобы исключалась возможность растекания горюче-смазочных материалов за пределы складов в случае, если вся жидкость вытечет из сосудов, в которых она хранится. Толщина вала должна быть равна его высоте, но не менее 500 мм.

5.50 (5.50). В гараже, ремонтной мастерской и складе ГСМ следует предусматривать бетонные полы.

ДЕПО ПРОТИВОПОЖАРНОГО ПОЕЗДА И СКЛАД ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПРОТИВОПОЖАРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОБОРУДОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТОВ

5.52 (5.52). Депо противопожарного поезда следует проектировать в районе околоствольного двора на каждом действующем горизонте в отдельной выработке или в месте расширения откаточной выработки.

В составе депо противопожарного поезда следует предусматривать склад противопожарных материалов, оборудования и инструментов.

В составе указанного депо необходимо также предусматривать:

отсеки для хранения противопожарного оборудования, материалов и инструментов;

место вдоль отсеков для стоянки поезда с противопожарным оборудованием, материалами и инструментами;

решетчатую входную дверь.

5.53 (5.53). Зазор между противопожарным поездом и отсеками для материалов и оборудования должен быть не менее 700 мм при электровозном транспорте и не менее 1000 мм — при самоходном нерельсовом транспорте. Ширину отсеков для хранения противопожарных материалов, оборудования и инструментов следует принимать не менее 900 мм.

ВОЗДУХА, ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫХ ПЕРЕМЫЧЕК И МАСТЕРСКИХ-КЛАДОВЫХ ДЛЯ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

5.55 (5.55). Взаимное расположение и блокировку камер для устройства кондиционирования шахтного воздуха надлежит принимать исходя из схемы кондиционирования шахтного воздуха, удобства обслуживания камер и наиболее экономичной привязки их к выработкам околоствольного двора.

5.56 (5.56). Камеры подземных холодильных машин и высоконапорных теплообменников должны проектироваться в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), утвержденных Минэнерго СССР.

Ширина главного прохода, предназначенного для обслуживания компрессоров холодильных машин, должна быть не менее 1500 мм.

Размеры камер следует определять с учетом подъемно-транспортного оборудования и места для ремонтно-слесарного оборудования.

В камерах следует предусматривать рельсовый путь принятой для шахты колеи. Головки рельсов при этом должны быть на уровне или ниже пола камеры.

В камерах необходимо предусматривать непылящие бетонные полы и водоотливные канавки с уклоном в сторону стока шахтной воды.

5.57 (5.57). Камеры подземных холодильных машин должны проветриваться обособленной струей свежего воздуха.

5.58 (5.58). Камеры насосных установок хладоносителя, вторичного хладоносителя, конденсаторной воды с ходками следует проектировать в соответствии с требованиями пп. 5.2 (5.2), 5.3 (5.3), 5.5 (5.5) настоящих норм. Допускается расположение насосов в два ряда.

5.59 (5.59). При давлении в трубопроводах более 6,4 МПа (64 кгс/см2) их следует прокладывать от ствола до камеры теплообменников по специальным ходкам.

5.60 (5.60). При необходимости следует предусматривать устройство подземных камер мастерских-кладовых для горного оборудования.

Место расположения, количество камер и их размеры определяются проектом в зависимости от назначения камер и габаритов размещаемого в них оборудования и материалов.

5.61 (5.61). Камеры для водонепроницаемых перемычек должны сооружаться в нетрещиноватых устойчивых породах. На протяжении не менее 15 м в каждую сторону от места сооружения перемычки не должно быть тектонических нарушений, разломов, трещин и карстовых пустот.

КАМЕРА ОПЕРАТОРА (ДИСПЕТЧЕРА), ОЖИДАНИЯ ЛЮДЕЙ, МЕДИЦИНСКОГО ПУНКТА И ДРУГИЕ

5.63 (5.63). Камера оператора (диспетчера) в подземных выработках должна располагаться с учетом удобства контроля и управления автоматизированными установками, а также простоты обслуживания и ремонта аппаратуры.

В зависимости от аппаратурного решения диспетчеризации рудника камера оператора должна состоять из одного и более помещений: операторной, аппаратурной и мастерской. Высоту камеры следует принимать не менее 2200 мм.

5.64 (5.64). Камеру ожидания надлежит размещать вблизи шахтного ствола, по которому предусмотрен спуск-подъем людей.

Для независимого сообщения камеры ожидания с каждой ветвью околоствольного двора следует предусматривать два выхода из камеры, поперечные размеры которых должны быть не менее: по ширине — 1500 мм, а по высоте — 2200 мм.

5.65 (5.65). В камере ожидания должны быть предусмотрены скамьи шириной 450 мм, расположенные в два или четыре ряда с проходами между ними 800 мм.

Площадь пола камеры ожидания следует определять исходя из нормативной площади на одного человека равной 0,5 м2.

Пол и стены камеры должны быть покрыты теплоизолирующими материалами.

5.66 (5.66). На предприятиях по добыче полезных ископаемых, на которых отраслевыми нормативными документами предусматривается подземный медицинский пункт, следует вблизи камеры ожидания людей размещать камеру медицинского пункта.

Камера должна состоять из приемно-регистрационного и перевязочного помещений, разделенных между собой перегородкой с проемом для двери, и иметь размеры в плане не менее 4000 x 7000 мм.

Камера медицинского пункта должна соединяться с околоствольным двором двумя ходками шириной не менее 1500 мм и высотой 2200 мм, в которых необходимо предусматривать открывающиеся наружу двери с вентиляционными окнами.

В камерах ожидания и медицинского пункта надлежит предусматривать бетонные полы.

Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа и расчет крепи

5.68 (5.68). Выбор типа и параметров крепи камер должен производиться на основании результатов определения категории устойчивости пород горизонтальных и наклонных выработок, расчета смещений пород на контуре поперечного сечения камер в соответствии с пп. 4.16 (4.12) - 4.51 (4.28) настоящих норм и следующих требований:

а) крепь выработок, примыкающих к камерам на расстоянии не менее удвоенной ширины выработки (но не менее 5 м), а также против самой камеры, должна иметь деформационные характеристики, близкие с деформационными характеристиками крепи камеры;

б) крепь камер, сооружаемых в породах, склонных к размоканию и набуханию, в которых при эксплуатации находятся шахтные воды (водосборники, осветляющие резервуары и т.п.), должна выполняться с гидроизоляцией или рассчитываться с учетом снижения прочности пород и дополнительных нагрузок на крепь за счет набухания пород;

в) при расположении складов взрывчатых материалов (ВМ) и камер электрооборудования в обводненных породах следует предусматривать специальные мероприятия по гидроизоляции крепи;

г) в камерах, примыкающих к стволам, балки металлоконструкций под оборудование и для грузоподъемных средств не должны стыковаться с армировкой стволов;

д) крепление балок перекрытий под оборудование и подъемно-транспортные приспособления в камерах должно проектироваться так, чтобы исключалось непосредственное воздействие на балки деформаций, возникающих в результате смещений пород.

5.69 (5.69). Расчет нагрузок на крепь камер \text{Р}_{\text{к}} следует производить:

для протяженных камер (при отношении длины камеры к ее ширине более 5) по п. 4.49 (4.27) настоящих норм;

\text{Р}_{\text{к}} = k_{c\text{н}}k_{\text{вк}}\text{Р} , [49 (33)]

где P — расчетная нагрузка на крепь выработки, определяемая по формуле [46 (31)];

k_{c\text{н}} — коэффициент снижения нагрузок на крепь камер, определяемый в зависимости от категории устойчивости пород по рис. 12 (6);

L_{\text{к}} — длина камеры; b_{\text{к}} — ширина камеры;

Таблица 20 (14)

Примечание. Коэффициент k_{\text{вк}} равен 1, если примыкающие выработки расположены с торцов камеры.&

5.70. Определение конструктивных параметров крепи камер производится аналогично указанному в п. 4.53 настоящего Руководства для протяженных горизонтальных и наклонных выработок.

Пример расчета проявлений горного давления в камере и выбор для нее рационального типа крепи приведен в Прил. 19 Руководства.

ПО РАЗРАБОТКЕ ПРОЕКТОВ И ПРОВЕДЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Целью наблюдений и измерений проявлений горного давления и сдвижения пород для контроля за состоянием особо ответственных выработок в процессе их строительства и эксплуатации является контроль за правильностью принятых проектных решений, а при необходимости их корректировка, принятие своевременных мер по сохранности выработок, расчету крепи и т.п. Задачами этих исследований является установление количественных зависимостей между показателями проявлений горного давления в сооружаемой выработке и горно-геологическими и горнотехническими условиями ее проведения. Эти исследования позволяют устанавливать соответствующие эмпирические зависимости, уточняют показатели и параметры расчета, положенного в основу проекта, более правильно классифицируют исходные данные расчета. Шахтные экспериментальные исследования обеспечивают получение представительного для данных конкретных условий фактического материала, более достоверного в количественном отношении, чем обобщенные исходные данные проекта.

2. Контрольные измерения и исследования включают следующие работы:

визуальные наблюдения, простейшие измерения и исследования сдвижений и деформаций пород и крепи в выработке в период ее проходки, крепления и эксплуатации;

комплексные инструментальные измерения на специальных замерных станциях сдвижений, деформаций пород, нагрузок на крепь и деформаций крепи.

Для эксплуатируемых выработок дополнительно необходимы:

сбор данных об условиях поддержания выработки, затратах на ее проведение и крепление;

периодическое обследование выработки для выяснения состояния ее крепи, распространенности, характера и причин ее нарушений, а также деформаций и нарушений окружающих выработку горных пород.

В условиях влияния очистных работ местом наблюдений при этом должны быть не только исследуемые выработки и прилегающие к ним части массива горных пород, но и вся толща пород, вмещающая стволы и капитальные выработки и подвергающаяся сдвижениям и деформациям под влиянием разработки полезных ископаемых. Для изучения толщи целесообразно использовать расположенные в ней подготовительные выработки, шурфы, скважины с измерением в них вертикальных и горизонтальных смещений, искривлений вертикальных или горизонтальных линий и наклонов в различных зонах.

3. При постановке и проведении наблюдений и измерений необходимо обеспечить представительность, достоверность и надежность результатов и их сопоставимость при дальнейшем анализе, обобщении и разработке практических рекомендаций. Эти требования должны удовлетворяться:

при выборе мест проведения наблюдений в выработке, качественной и количественной характеристике горнотехнической обстановки и ее изменении во времени и пространстве;

при установлении определяемых показателей горного давления и сдвижения пород и методов их изучения.

4. Выбор мест исследования должен производиться в первую очередь на основании требований их типичности в отношении горно-геологических и горнотехнических условий выработки на всем ее протяжении. Выбранные места должны обеспечить получение характерных для выработки как минимальных, так и особенно максимальных показателей проявления горного давления.

Требования к изучению горно-геологических и горнотехнических условий в местах проведения исследований заключаются в обязательной количественной привязке этих мест как к границам контролируемой выработки, так и к местам расположения других влияющих выработок в окружающем горном массиве с учетом изменения их положения и размеров во времени и пространстве. Это требование должно осуществляться путем построения совмещенных планов горных работ и характерных разрезов с указанием на них всех изменений горнотехнической обстановки на протяжении всего срока службы выработки.

Изучение состава и сложения (включая нарушенность) вмещающего выработку массива и физико-механических свойств слагающих его горных пород должно основываться на имеющихся материалах инженерно-геологических изысканий и при необходимости включать дополнительные определения, состав и объемы которых устанавливаются, как правило, при участии специализированной организации. Например, при необходимости уточняют сопротивление пород сжатию по контуру сечения и длине выработки или изучают их реологические и другие показатели, нужные для более полного выявления закономерностей горного давления и доступные средствам хорошо оснащенных специализированных организаций.

5. Методы и технические средства измерений горного давления <1> принимаются обычно различными в зависимости от решаемой задачи и программы исследований в вертикальных стволах, горизонтальных, наклонных выработках и камерах, а также от технической возможности производства измерений в конкретных условиях. Некоторые средства таких измерений приведены в табл. 1.

Таблица 1

Для сопоставимости результатов исследований, получаемых измерительными средствами, указанными в табл. 1, должны соблюдаться следующие требования:

Размеры участка измерений, количество измерительных приборов, частота, длительность измерений и аппаратура должны, как правило, обеспечивать уровень надежности определения всех показателей не менее 95%, причем чувствительность измерительных средств должна быть не ниже 50% допустимой погрешности измерений.

Механические характеристики приборов (их жесткость) не должны вносить существенных изменений в характеристику изучаемой системы. В частности, при определении перемещений и деформаций жесткость приборов должна быть минимальной и не превышать 5% сил, вызывающих такие проявления; в таком же диапазоне допускается изменение жесткости крепи (или системы "крепь - порода").

Измерения сил надлежит производить на площадях с линейными размерами, не менее чем в 5 раз превышающими максимальные размеры структурных блоков пород.

Эксплуатационные характеристики измерительных приборов должны быть стабильными (удовлетворять при необходимости требованиям взрыво- и искробезопасности) в течение требуемого периода измерений.

6. Результаты наблюдений и исследований надлежит представлять в форме, обеспечивающей наилучшие возможности анализа, обобщения измерений и составления рекомендаций, выводов и заключений по охране и поддержанию выработок с учетом следующих требований:

по каждому из объектов необходимы сведения о фактических показателях свойств и состояния пород с указанием методов и аппаратуры, с помощью которых они получены;

графический материал целесообразно представлять по единой форме с указанием всех необходимых количественных показателей условий и процессов;

текстовую часть необходимо излагать в краткой и сжатой форме с указанием мотивов постановки шахтных исследований, их целей и задач; описания объектов исследования, состава наблюдений, методик и аппаратуры исследований; сроков проведения работы; конкретных выводов и рекомендаций по результатам исследований.

7. Проектная организация составляет проект проведения наблюдений и измерений, привлекая в случае необходимости специализированные НИИ и КБ. В проекте дается методика проведения работ со схемами и чертежами размещения и установки приборов, их спецификации, а также смета на изготовление приборов и станций. В рабочем проекте конкретизируются местоположение приборов и все необходимые детали, связанные с их установкой и оборудованием. При подсчете потребного количества приборов и линий связи берется обычно 10%-ный запас на случай выхода их из строя.

8. Специальные наблюдения и исследования проводятся в целях получения сведений, уточняющих и развивающих расчетные методы определения нагрузок на крепь, параметров крепи, выбора целесообразных способов производства работ, условий эксплуатации выработки.

В качестве примера ниже излагаются состав, объем и методы контрольных измерений и исследований в вертикальном шахтном стволе.

Для магистральных горизонтальных и наклонных выработок I и II классов значимости (табл. 1, п. 1.4 Руководства) в проектах предусматриваются подобные же наблюдения и измерения для проведения натурных исследований за состоянием указанных выработок в процессе их сооружения и в период эксплуатации.

9. Контрольными измерениями и исследованиями в вертикальных шахтных стволах оценивается надежность их работы и разрабатываются необходимые мероприятия, улучшающие условия их эксплуатации.

НАБЛЮДЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ДО ПРОХОДКИ СТВОЛА

А. Наблюдения и измерения до проходки ствола проводятся для уточнения исходных данных и оптимизации проектных решений по стволам, проектируемым на месторождениях с уже имеющимися стволами и другими горными выработками.

Проводятся измерения оседания поверхности и пород в массиве при ведении очистных работ и водопонижении в районе заложения ствола, обследования состояния и причин нарушения существующих стволов, анализ эффективности конструктивных решений крепи и ее фактической несущей способности.

Б. При влиянии очистных работ и водопонижения проводятся систематические нивелировки и измерения деформаций поверхности в соответствии с нормативами <1>.

<1> Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ. М., Недра, 1973.

При комплексных исследованиях изучаются сдвижения пород в массиве по реперам, устанавливаемым в скважинах, а при наличии каких-либо горных выработок в них проводятся нивелировки на разных горизонтах.

По сети гидрогеологических скважин определяются параметры депрессионной воронки и динамика гидрогеологической обстановки.

Из скважин на осушаемом месторождении берутся образцы пород водоносных горизонтов и контактирующих с ними слоев для лабораторного определения сжимаемости.

Геологические материалы должны содержать все необходимые для расчетов сведения о прочностных и деформационных свойствах пород.

ОБСЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ СТВОЛОВ

В. Обследование состояния стволов включает в себя визуальные осмотры и эскизирование нарушений крепи и армировки, ознакомление с проектной и технической документацией, установление фактических размеров, толщин, прочности и несущей способности крепи, прочности и состояния пород, простейшие измерения при развитии нарушений крепи и армировки, установление условий поддержания ствола, степени и причин нарушения крепи и армировки, недостатков технических решений.

При осмотре ствола фиксируются видимые изменения формы и размеров поперечного сечения ствола, толщины крепи, деформации армировки, расхождение или закрытие стыков проводников.

Г. При осмотре крепи ствола необходимо фиксировать вид крепи, местоположение, характер и размеры разрушения ее, места обнажения пород, их характеристику и состояние, а также места и обильность поступления воды через крепь, сток ее по стволу, наличие натеков разного характера, следы выщелачивания, наледи. В местах обнажения пород определяется фактическая толщина крепи. На эскизах помечаются положение трещин, характер излома в ней, раскрытие, направление поверхности излома в теле крепи (невозможность должна быть оговорена), размеры и конфигурация вывалов крепи, наклон оконтуривающей поверхности крепи по ее толщине, размеры и конфигурация вывалов пород.

Формы нарушений крепи и их характер проявления разнообразны ввиду динамичности и неоднозначности процесса деформирования и сводятся, как правило, к следующему:

микротрещины в крепи различной ориентации с раскрытием до 1 мм располагаются обычно системами. Протяженность и расстояние между ними от 1 до 3 м. Захватывают значительные участки. На стыках заходок, как правило, исчезают. В результате выноса шахтных вод трещины минерализуются и имеют белые подтеки. Хорошо просматриваются. Свидетельствуют о начале нарушений крепи;

трещины величиной до 1 - 2 см различной ориентации. Могут быть значительной протяженности - до 15 - 20 м. Бывают обычно одиночные и реже системами. У трещин, возникающих от сжимающих усилий, по краям следы скалывания, у разрывных - рваные края. Проследить ориентацию трещины в толще бетонной крепи удается редко, хотя это обстоятельство имеет немаловажное значение;

заколы и вывалы в крепи являются следствием дальнейшего развития трещин. Заколы появляются в результате последующего относительного смещения краев развивающихся трещин. Крепь теряет несущую способность. Происходит выпадение кусков бетонной крепи при скалывании или под действием собственного веса. Участки нарушений площадью 1 - 5 м2 ориентированы по трещинам.

Вывалы образуются в местах пересечения трещин и полной потери несущей способности. Крепи могут нарушаться на значительных площадях до 20 - 30 м2 с обрушением вмещающих пород.

Отслоение и скалывание бетонной крепи происходит локальными участками в форме линз ("коржей", "тарелок" и т.п.) не на полную толщину крепи площадью 0,1 - 0,3 м2 с выпадением в выработку. Это обстоятельство свидетельствует о появлении условий, приближающихся к предельным для данного типа крепи. На это указывает также шелушение поверхности бетона, кирпичной и бетонной кладки, отслоение побелки в околоствольных выработках.

Коркообразование, вздутие, высыпание бетонной крепи свидетельствуют об изменении качества бетона и агрессивности среды. Проявляется это отдельными участками.

Образование ступеньки среза крепи свидетельствует о сдвиге пород по напластованию; встречается в чистом виде редко.

Деформирование расстрелов происходит в зависимости от их конструкции (жесткие или податливые), способа заделки их в крепи и породах, количества промежуточных опор и проявляется в виде изгиба в форме дуги или синусоиды со стрелой прогиба до 150 мм. Происходит потеря их устойчивости. Появление изгибов свидетельствует о повышенном радиальном давлении.

Деформирование проводников проявляется в закрытии (раскрытии) стыков проводников, их изгиба, общего искривления и, как следствие, заклинивания подъемных сосудов и повышенного износа направляющих башмаков. Деформации указывают на наличие вертикальной составляющей сжатия (растяжения) околоствольного массива.

При нарушениях крепи и армировки в районах сопряжений ствола с околоствольным двором и различного рода камерами необходимо провести обследования этих камер и выработок околоствольного двора в радиусе не менее 50 м от ствола.

При осмотре камер и выработок околоствольного двора необходимо фиксировать вид крепи, фактическую толщину монолитной крепи (прежде всего в местах обнажений пород), плотность установки рам крепи и размер нарушений. Особое внимание обращается на величину и характер пучения почвы выработок, места и обильность поступления воды в выработку, места перекрепления и ремонт выработок.

На эскизах помечаются положение характерных трещин в монолитной крепи, их протяженность и раскрытие, размеры и конфигурация вывалов крепи и пород, конфигурация и размеры поперечных сечений выработок в местах их деформаций и разрушения крепи с привязкой к контактирующим с крепью породам.

Результаты осмотра ствола и других выработок отражаются в акте осмотра с приложением эскизов и результатов замеров. Там же указываются необходимые измерения в период обследования.

Д. При обследовании состояния стволов по проектной и технической документации собираются следующие сведения и документы:

действующие в данном районе нормативные и рекомендательные документы;

проектный и исполнительный геологический и гидрогеологический разрезы по стволу со сведениями о прочности и трещиноватости пород;

геологические сведения, в том числе о положении и характеристиках тектонических нарушений в районе ствола;

сведения о водопонизительных и дренажных мероприятиях;

сведения об агрессивности подземных вод;

журнал проходки;

планы всех горных работ в районе ствола;

построение околоствольных предохранительных целиков;

сведения об оседании поверхности;

профилировки ствола по годам и другие данные наблюдений и измерений;

паспорт ствола;

акты и протоколы по предыдущим обследованиям состояния ствола;

рекомендации научно-исследовательских институтов по данному стволу.

Е. Для характеристики условий поддержания ствола выделяются характерные виды деформации вертикального ствола и армировки и связанные с ними горно-геомеханические факторы в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Следствием влияния на ствол очистных работ являются деформации разного вида, наличие которых должно быть достоверно установлено по данным профилировок, а для вертикального укорочения или удлинения - по данным нивелировок поверхности и замеров в стволе, изменение диаметра - также по замерам. Вне влияния других выработок горное давление, как правило, проявляется в виде радиального давления со стороны пород и подземных вод. Повышенное радиальное давление обычно наблюдается в слабых породах, при нарушении их, или в тектонических зонах при проходке, а также при сильной изрезанности массива горных пород околоствольными выработками и нарушениях в них крепи.

В последних двух случаях вследствие образования вывалов, неравномерности деформирования массива наблюдается особенно большая неравномерность распределения нагрузок по поверхности крепи.

Осадки пород при водопонижении и дренаже подземных вод вызывают в основном вертикальные укорочения и частично наклоны.

Ж. Развитие нарушений крепи во времени, являющееся важнейшей характеристикой условий поддержания ствола, не может быть выявлено однократным осмотром состояния крепи и армировки. Эта характеристика устанавливается на основании анализа развития нарушений при повторных осмотрах и на основании маркшейдерских наблюдений.

В зависимости от развития нарушений состояние нарушенности каждого участка ствола классифицируют в соответствии с табл. 3.

Таблица 3

З. Для установления наличия деформаций определенного вида и их развития проводятся следующие простейшие измерения:

измерения линейками, штангенциркулем или специальными щелемерами раскрытия и протяженности трещин;

определение интенсивности раскрытия трещин по устанавливаемым на них маякам;

измерения изменений размеров крепи и податливых прокладок линейными инструментами, мерными лентами и маркшейдерскими измерениями по реперам;

измерение радиальных смещений специальными устройствами, например, АГ-3М конструкции ВНИМИ.

И. Результаты анализа деформаций ствола и нарушений крепи и армировки должны служить целям разработки эффективных мероприятий по ликвидации и предотвращению в дальнейшем нарушения крепи и нормальных условий эксплуатации ствола, поэтому анализ наряду с выявлением влияющих факторов должен определить степень эффективности либо неэффективности мер охраны ствола, мер по снижению вредных проявлений различных факторов, эффективность принятых конструктивных решений и соответствие технических параметров этих решений условиям поддержания ствола.

Названные ранее горно-геомеханические факторы являются характеристикой условий работы крепи и армировки, диктующие набор мер защиты и технические параметры.

Сами по себе такие факторы, как большое горное давление, сдвижение горных пород при влиянии очистных выработок и др., не определяют состояния ствола. Если меры защиты и технические параметры отвечают условиям поддержания, то нарушения отсутствуют вследствие того, что приняты меры по обеспечению более благоприятного режима взаимодействия ствола с массивом, например упрочнение пород, закладка выработанного пространства, обеспечение высокой прочности крепи, применение податливых элементов и др., и наоборот, даже в сравнительно благоприятных условиях поддержания недостаточная несущая способность крепи однозначно является непосредственной причиной ее разрушения.

Нарушения крепи (и армировки) возникают при таких основных недостатках технических решений, как:

неправильный выбор типа крепи и форм сечений ствола и сопряжений, не обеспечивающих надежной работы крепи в данных условиях;

недостаточная несущая способность крепи (запроектированной, возведенной, эксплуатируемой) в результате неправильного назначения размеров, материала крепи в результате отклонений в размерах при сооружении ствола, плохого ее качества, вследствие выщелачивания бетона (например, при применении несульфатостойкого бетона), обмерзания;

недостаточность мер охраны ствола при целиках малых размеров, отсутствие или неэффективность проектировавшейся закладки и т.п.;

отсутствие или неэффективность мер защиты крепи и армировки от сдвижения горных пород, в частности осадочных швов, податливости закрепного пространства, регулируемых (податливых) узлов в армировке;

отсутствие или недостаточность мер по снижению горного давления и мер по обеспечению устойчивости околоствольного массива, таких, как упрочнение трещиноватых слабых пород, ликвидация незабученных пустот вокруг ствола и в погашенных выработках, водоподавляющий тампонаж горных пород, водопонижение и обеспечение дренажа напорных вод, соответствующие последовательность и технология сооружений ствола и близлежащих выработок, достаточность расстояний между околоствольными выработками и обеспечение хорошего состояния их крепи.

Особенно стоит отметить механические повреждения крепи и армировки в результате падения тяжелых предметов и т.п., поэтому в формулировке причины недопустимой деформации ствола или нарушений крепи и армировки должны присутствовать как горно-геомеханические факторы, так и недостаточность технических мер защиты.

Должна отмечаться недостаточность определенных мер и параметров при воздействии конкретных факторов, например, повышенного горного давления со стороны слабых трещиноватых пород на большой глубине.

При выявлении причин деформаций ствола и нарушений его крепи и армировки наряду с анализом материала непосредственного обследования (осмотра) должен проводиться общий анализ обстановки.

Поскольку внешние признаки нарушений могут быть общими для ряда факторов, а видимые деформации ствола, например искривления, могут и не быть непосредственным следствием нарушения крепи, следует при определении основной причины и основного действующего фактора обоснованно последовательно исключать действие других факторов и возможную недостаточность фактических параметров крепи.

Выявляется - расположен или нет ствол в области вредного влияния очистных работ в соответствии с документами и результатами наблюдений.

Устанавливается наличие геологических нарушений, напорных вод, изрезанности массива околоствольными выработками, состояние этих выработок и камер, наличие разрушенных пород, вывалов и пустот, агрессивности вод, механических повреждений и обмерзания ствола.

Выявляются факты и обстоятельства последующего после проходки ствола сооружения камер и других близлежащих выработок.

Устанавливаются номинальные и фактические размеры крепи, ее материал, его номинальная и фактическая прочность, способ проходки и крепления.

Проверяется достаточность несущей способности проектной и фактической крепи в номинальных условиях (по горному давлению, определяемому только прочностью пород и глубиной их залегания), а также в условиях влияния выявленных или подозреваемых факторов с учетом и без учета принятых мер защиты ствола.

Номинальная и фактическая предельная или допустимая несущая способность монолитной связанной с породами бетонной крепи (соответствующая по смыслу нагрузке в формуле [9 (9)] Руководства), определяется по формуле

P = \frac{R[(\delta_{\text{к}} + m_{\text{у}}r_{0})^{2} - m_{\text{у}}^{2}r_{0}^{2}]}{2k_{p}(\delta_{\text{к}} + m_{\text{у}}r_{0})^{2}} , (1)

где R - сопротивление бетонной крепи сжатию, определяемое испытанием для фактической несущей способности (либо марочное значение для номинальной), соответствующее допустимой несущей способности, или расчетное сопротивление бетона соответственно по марочному или фактическому его значению (согласно формуле [18 (18)] Руководства). Остальные обозначения те же, что в формулах [9 (9)] и [18 (18)].

При анализе материалов должна оцениваться их достоверность. Необходимо подтверждать показатели результатами замеров и испытаний.

Фактические размеры крепи определяются при осмотре в местах вывалов или по специальным скважинам. Определение прочности крепи и пород производится по кернам диаметром не менее 40 мм или монолитам.

НАБЛЮДЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ В ПЕРИОД

К. В период проходки производится контроль перемещений пород в призабойной части ствола, контроль качества бетонной крепи, физико-механических свойств пород и начинаются долговременные измерения оседания поверхности, перемещений в закрепленной части ствола, деформаций крепи, ее нагруженности, перемещений пород и в необходимых случаях их напряженного состояния.

Л. Контроль перемещений пород в призабойной части ствола для проверки и уточнения элементов проходческого цикла и определения начальных перемещений, учитываемых в расчете крепи, производится линейными измерениями по устанавливаемым у забоя реперам; в процессе проходки фиксируется контур поперечного сечения по маркшейдерским замерам или с помощью специальных устройств.

М. Качество бетонной крепи непосредственно в стволе оценивается визуально и с помощью пробников молоткового типа. В необходимых случаях прочность и толщина материала крепи проверяются путем бурения скважин с извлечением керна диаметром не менее 40 мм, который передается в лабораторию на испытание.

Перед транспортировкой и хранением образцы бетона должны быть тщательно запарафинированы.

Н. Измерения оседания поверхности в районе устья ствола начинаются до его проходки и предпринимаются:

для оценки возможного сжатия околоствольного массива при проходке глубоких стволов в слабых пластичных породах;

для контроля сжатия массива при водопонижении (наблюдения в этом случае начинаются до начала водопонижения);

для оценки величин сдвижения околоствольного массива под влиянием очистных работ.

Измерения проводятся в порядке, изложенном в п. 9 "В" настоящего приложения.

В необходимых случаях наблюдения проводятся дополнительно по специальным вертикальным скважинам, а также в ранее пройденных горизонтальных выработках и шурфах.

О. В закрепленной части ствола измеряются радиальные перемещения крепи и окружающих пород. Перемещения измеряются в породах IV категории устойчивости и при влиянии очистных работ при падении залежи (отрабатываемых слоев) более 25°.

Измерения перемещений крепи производятся устройством АГ-3М конструкции ВНИМИ и мерной лентой по реперам.

Измерения перемещений и деформаций пород за крепью производятся по глубинным реперам, устанавливаемым в скважинах, глубина которых определяется проектом.

П. Вертикальные деформации крепи измеряются при ожидаемых вертикальных деформациях глубоких стволов в слабых породах, при водопонижении и при влиянии очистных работ.

Измеряются деформации ненарушенной крепи, осадочных швов и специальных податливых узлов.

По результатам измерений производится сравнение фактических деформаций с расчетными и соответственно корректируется расчет крепи.

Деформации измеряются деформометрами ДР-1 конструкции ВНИМИ, устанавливаемыми на жестких штангах.

Для получения величин и направления главных напряжений деформометры на штангах компонуются в схему розетки.

Вертикальные деформации осадочных швов и узлов податливости измеряются деформометрами ДР-1 и другими на укороченных штангах. Коммутация и запись организуются так же, как по п. 9 "О".

Р. Основным видом измерений на комплексных замерных станциях является измерение нагрузок на крепь и напряжений в ее элементах.

Давление на крепь измеряется при помощи специальных динамометрических сегментов, например 72-Д13 конструкции ВНИМИ. Сегменты должны быть предварительно протарированы в условиях максимального приближения к работе системы в натурных условиях.

Предпочтительнее применение дистанционных приборов с коммутацией и регистрирующей аппаратурой.

Для измерения остаточного напора за крепью применяются обычные манометры или те же дистанционные динамометры, устанавливаемые в специальных патрубках, имеющих сообщение с водой в закрепном пространстве.

Напряжения в крепи измеряются прибором ДИ-9, устанавливаемым внутрь бетона, или поверхностными датчиками разного типа.

Приложение 2

ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

1. Расчетные значения плотности горных пород при отсутствии данных экспериментального определения рекомендуется принимать по табл. 1.

Таблица 1

2. Расчетные значения сопротивления растяжению горных пород R_{p} , МПа, приближенно определяют по формуле

R_{p} = sR_{c} , (1)

где R_{c} - расчетное значение сопротивления одноосному сжатию;

s - расчетное значение коэффициента, принимаемое согласно табл. 2.

Таблица 2

3. Расчетные значения модуля упругости E, МПа, горных пород приближенно определяют в зависимости от величины R_{c} расчетного сопротивления одноосному сжатию по формулам табл. 3.

Таблица 3

4. Приближенные расчетные значения коэффициента Пуассона горных пород рекомендуется принимать по табл. 4.

Таблица 4

5. Расчетные значения коэффициента ползучести \delta_{\text{п}} , \text{с}^{- 0,3} , горных пород рекомендуется определять в зависимости от величины модуля их упругости E, МПа, по формулам табл. 5.

Таблица 5

6. Расчетные значения реологического показателя \frac{\chi}{\beta} ползучести пород рекомендуется принимать по табл. 6.

Таблица 6

7. Расчетные значения коэффициента бокового распора \lambda горных пород при отсутствии данных экспериментального определения рекомендуется определять по формуле

\lambda = \lambda_{0} + (\frac{\text{Н}_{\text{р}}}{\text{Н}_{\text{п}}})^{2}(3 - 2 \frac{\text{Н}_{\text{р}}}{\text{Н}_{\text{п}}})(1 - \lambda_{0}) , (2)

где \text{Н}_{\text{р}} - расчетная глубина расположения выработки, м;

\text{Н}_{\text{п}} и \lambda_{0} - расчетные значения показателей, принимаемые согласно табл. 7.

Таблица 7

Приложение 3

ХАРАКТЕРИСТИКИ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ КРЕПИ ВЫРАБОТОК

При проектировании подземных выработок в зависимости от их назначения и класса в качестве основных крепежных материалов используют бетон, металл, камень, дерево, полимеры, а также различные сочетания материалов указанных групп (металлобетон, полимербетон и др.).

В табл. 1 представлены характеристики удельных (объемных) весов крепежных материалов.

Таблица 1

Наиболее эффективные строительные материалы получаются сочетанием материалов разных групп, когда от каждого из них берутся наиболее характерные свойства. В последние годы полимеры начали вводить в бетон либо полностью заменяя цемент новым полимерным связующим, либо вводя в цементный бетон полимерные добавки; для самонапряженных железобетонных конструкций получает распространение бетон на напрягающемся цементе и т.п.

БЕТОН

Монолитный бетон для крепи горных выработок должен удовлетворять требованиям главы СНиП II-21-75 на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, а также требованиям настоящего Руководства.

Проектные марки бетона по прочности на осевое сжатие и осевое растяжение определяются по ГОСТ 10180-78; проектные марки по морозостойкости - по ГОСТ 10060-76.

В табл. 2 приведены расчетные механические характеристики бетона.

Таблица 2

Предельные деформации бетона на растяжение \epsilon_{\text{р}} в зависимости от марки бетона даны в табл. 3, а характеристика деформативных свойств \xi_{0} - в табл. 4.

Таблица 3

Таблица 4

Плотность и проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости назначают с учетом принятой системы гидроизоляции или защиты крепи от коррозии в зависимости от климатических и гидрогеологических условий района расположения горной выработки и в соответствии с классификацией бетонов и требованиями к их применению, установленными для I класса сооружения главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а также в соответствии с главой СНиП по защите строительных конструкций от коррозии.

Конструкции шахтной крепи, предназначенные для работы в условиях воздействия низких температур, предусматриваются из бетона марок, указанных в табл. 5.

Таблица 5

С целью ускорения темпов крепления стволов монолитным бетоном и железобетоном и возведения крепи в глубоких шахтах следует применять быстротвердеющие бетоны марок М350 - М400. Распалубочная прочность бетона 0,8 МПа в этом случае может быть достигнута через 2 - 4 ч после укладки смеси.

НАБРЫЗГБЕТОН

К набрызгбетону, помимо требований к обычным бетонам (прочностные характеристики, водонепроницаемость, устойчивость агрессивным воздействиям и пр.), предъявляются еще и дополнительные - скорость схватывания бетонной смеси в пределах 15 - 20 мин, быстрый набор прочности в раннем возрасте, качественное сцепление с закрепляемой поверхностью, незначительные технологические потери материала ("отскок"), малое пылеобразование, более высокая марка бетона.

Прочность набрызгбетона должна быть не менее (6 - 8) МПа в возрасте 1 сут и 25 - 30 МПа в возрасте 28 сут.

Набрызгбетон удовлетворительного качества может быть получен при водоцементном отношении (В/Ц) 0,4 - 0,5, что примерно соответствует пластичности обычной бетонной смеси.

Вяжущие должны иметь марку не ниже 300 и при наличии агрессивных вод соответствовать требованиям солестойкости.

Эффективно применение специальных быстросхватывающихся и быстротвердеющих цементов (ТУ УССР 21-881-75).

Указанные цементы имеют сроки схватывания в пределах 5 - 15 мин (начало - конец), являются быстротвердеющими [предел прочности на сжатие в возрасте 2 ч (2 - 3) МПа; 3 сут (20 - 25) МПа]; высокомарочными (марок 300, 400); обладают повышенной солестойкостью. Срок хранения цементов - до 2 мес в отдельной емкости.

Возможно применение быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементов, гипсоглиноземистых и водонепроницаемых расширяющихся, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 10178-76.

Оптимальный расход специальных цементов на 1 м3 бетонной смеси находится в пределах 350 - 400 кг.

Ориентировочный подбор состава сухой смеси на цементах с обычными сроками схватывания и твердения и ускорителем схватывания ОЭС 2 - 4% веса цемента приведен в табл. 6.

Таблица 6

В качестве мелкого заполнителя необходимо применять песок, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-77 и ГОСТ 10268-80. Предпочтительно использовать крупнозернистые и среднезернистые пески, которые улучшают общий зерновой состав смеси заполнителей. Мелкие пески менее благоприятны.

Влажность песка должна быть в пределах 3 - 5%. При большей влажности песок следует просушивать.

Содержание крупного заполнителя должно быть в пределах 35 - 40%.

Щебень твердых пород или гравий по физико-механическим свойствам должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8268-74, ГОСТ 10268-80, а в случае агрессивных шахтных вод - главе СНиП II-28-73*, изд. 1980 г.

Максимальный размер зерен - 20 мм.

Вода для затворения и поливки набрызгбетона должна отвечать требованиям ГОСТ 23732-79.

В случае применения минерализованных вод для затвердения набрызгбетона, в соответствии с указанным ГОСТом, необходима дополнительная проверка этой воды с цементами, а также добавками - ускорителями схватывания и твердения согласно требованиям специальных инструкций, например инструкция Оргэнергостроя "Применение набрызгбетона в подземных сооружениях гидроэлектростанций" (М., 1975).

ЖЕЛЕЗОБЕТОН

Толщину монолитной железобетонной крепи с гибкой арматурой следует принимать не менее 250 мм при армировании однорядной арматурой.

Минимальная толщина защитного слоя для рабочей арматуры <1> монолитной железобетонной крепи должна назначаться в зависимости от толщины элемента и агрессивности воды - среды по табл. 7.

<1> Толщина защитного слоя бетона для распределительной арматуры должна приниматься на 10 мм меньше, чем для рабочей арматуры.

Таблица 7

Арматура железобетонных конструкций должна предусматриваться в виде армоферм, армопакетов, сварных каркасов и сеток или армоблоков.

Минимальные расстояния между стержнями арматуры, анкеровку арматуры, сварные соединения и стыки арматуры, а также продольное и поперечное армирование элементов крепи следует принимать по рекомендации СНиП на проектирование бетонных и железобетонных конструкций.

Для армирования железобетонных конструкций должна применяться арматура, отвечающая требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий.

В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций следует преимущественно применять:

а) горячекатаную арматурную сталь класса А-III;

б) обыкновенную арматурную проволоку диаметром 3 - 5 мм, классов Вр-I и В-I (в сварных сетках и каркасах);

допускается также применять:

в) горячекатаную арматурную сталь классов А-II и А-I в основном для поперечной арматуры линейных элементов, для конструктивной и монолитной арматуры, а также в качестве продольной рабочей арматуры в случаях, когда использование других видов ненапрягаемой арматуры нецелесообразно или не допускается.

Арматуру (А-IV, А-V, Ат-V, Ат-IV, Ат-VI), не имеющую физического предела текучести, применять для крепи горных выработок не рекомендуется.

Диаметр продольных стержней внецентренно-сжатых элементов монолитных конструкций должен быть не менее 10 - 12 мм, а расстояние между осями стержней продольной арматуры - не более 400 мм.

Толщину железобетонной крепи с жесткой арматурой следует принимать не менее 200 мм. Для крепи толщиной до 300 мм рекомендуется принимать арматуру из двутавров или спецпрофиля.

Для крепи толщиной более 300 мм рекомендуется принимать каркас из швеллеров с соединительной решеткой. Расстояние между рамами рекомендуется принимать не более 1 м, а минимальные расстояния ограничиваются возможностью укладки бетона между рамами. Минимальные радиусы кривизны элементов металлических каркасов из прокатных профилей по ГОСТ 8239-72 и ГОСТ 8240-72 должны приниматься: для каркасов из двутавров - 11 высот двутавра, для каркасов из швеллеров - 30 размеров полки швеллера. Рамы металлического каркаса, используемые в качестве временной крепи, рассчитываются на нагрузки, возникающие в этот период.

Толщина защитного слоя в радиальном сечении крепи со стороны выработки должна приниматься не более 50 мм. Допускается не предусматривать защитный слой бетона со стороны выработки, если при этом применяются антикоррозионные покрытия металла защитным лаком или краской. Защитный слой со стороны массива должен быть не менее 30 мм.

БЛОКИ И ПАНЕЛИ ДЛЯ СБОРНЫХ КРЕПЕЙ

Проектная марка бетона на сжатие для сборных бетонных и железобетонных крепей должна приниматься не ниже М300, а в зависимости от назначения выработки и требований к ней предусматривается марка бетона по водонепроницаемости. Минимальную толщину сборных элементов следует принимать, мм:

бетонных блоков - 300;

клиновых бетонных блоков - 250;

сборных железобетонных блоков - 140;

спинок тюбингов - 60.

Минимальная толщина слоя бетона для рабочей арматуры должна приниматься на 10 мм меньше по сравнению с данными, приведенными в табл. 7.

Минимальные проценты армирования сборных железобетонных крепей, в которых допускается раскрытие трещин, должны определяться из условий ограничения величины раскрытия в соответствии с настоящими нормами.

Стыки сборных элементов должны проверяться расчетом на прочность и местное смятие. В торцах сборных элементов крепи, стыки которых могут иметь повышенные напряжения смятия, следует устанавливать не менее трех дополнительных сеток для восприятия местных напряжений.

При проведении выработок с помощью БВР минимальная ширина ребер тюбингов должна назначаться, мм:

для крепи ребрами внутрь выработки - 150;

для крепи ребрами к породному контуру - 120.

При щитовой проходке размеры радиальных и продольных ребер (для последних и их количество) должны назначаться исходя из нагрузок, действующих на элемент тюбинговой крепи в период перемещения щита.

В шахтных условиях крепь по своему контуру обычно нагружена неравномерно, вследствие чего в ее элементах возникают знакопеременные моменты, поэтому армирование сборной крепи (если это позволяет поперечное сечение ее элементов) должно быть симметричным.

Минимальное содержание продольной арматуры во внецентренно-сжатых элементах должно составлять 0,15 - 0,2%.

ЧУГУН

Расчетные сопротивления серого чугуна и высокопрочного с шаровидным графитом перлитной структуры следует принимать по данным, приведенным в табл. 8 и 9.

Таблица 8

Таблица 9

Приложение 4

ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК

Выбор типа крепи осуществляется в зависимости от категории устойчивости пород и способа проведения выработки.

Наибольшее распространение в настоящее время получили металлическая арочная податливая крепь из спецпрофиля, монолитная бетонная и монолитная железобетонная с обратным сводом или незамкнутая. Применяются также смешанные крепи из бетонитовых стен с бетонным сводом, сборные крепи из железобетонных стоек и металлических верхняков, анкерная и набрызгбетонная крепи. В последние годы внедряются сборные бетонные и железобетонные блочные крепи, а также железобетонные тюбинги. В незначительных объемах применяется деревянная крепь.

В табл. 1 приведена характеристика крепей, имеющих перспективное значение для использования в капитальных выработках глубоких шахт со сложными горно-геологическими условиями.

Таблица 1

1. Комбинированная крепь АНТ (ДГИ) состоит из трехзвенной арочной крепи из спецпрофиля СВП с железобетонной затяжкой, набрызгбетонного покрытия толщиной до 2 см по аркам и затяжкам. После установки крепи и нанесения набрызгбетона производится тампонаж закрепленного пространства. По степени механизации работ, технологии и темпам ее возведения эта крепь имеет преимущества перед монолитной бетонной крепью и при экономической целесообразности может заменять ее.

Область рационального применения крепи АНТ ограничена породами средней устойчивости и частично неустойчивыми, когда ожидаемые смещения породного контура со стороны кровли за весь срок службы не превышает 400 мм, а пучение со стороны подошвы выработки не превышает 200 мм. При этом необходимо предусматривать увеличение проектных размеров сечения выработки на величину допущенных смещений.

2. С целью увеличения работоспособности металлической податливой крепи институтами Донгипрошахт и ДонУГИ разработаны унифицированные сечения горных выработок для глубоких шахт с применением замкнутой податливой крепи КПЗ-4 из спецпрофиля СВП-27.

Крепь принимается кольцевой при сечениях от 6,5 до 9,2 м2 в свету (рис. 1). Кольцо составляется из четырех сегментов, соединенных внахлестку. Применение кольцевой формы крепи целесообразно в выработках с небольшим поперечным сечением, поскольку затраты на устройство обратного свода при малом сечении не превышают затрат на подрывку пород почвы в случае применения арочной незамкнутой крепи.

Рис. 1. Металлическая кольцевая податливая крепь

Для сечений от 12,4 до 17,9 м2 разработана конструкция замкнутой податливой крепи с выположенным обратным сводом, что позволяет существенно уменьшить сечение выработки в проходке и снизить стоимость ее проведения (рис. 2). Крепь состоит из шести элементов. Затяжка железобетонная: в кровле укладывается всплошную, в почве - вразбежку. Величина конструктивной податливости кольцевой крепи в вертикальном направлении составляет 350 мм, выположенной крепи - 400 мм.

Рис. 2. Металлическая податливая крепь

Крепь предназначена для квершлагов, полевых штреков, наклонных и других выработок при пучащих породах почвы.

3. Институтом Донгипрошахт разработана замкнутая крепь с выположенным обратным сводом из двутаврового профиля с бетонным заполнением и составлены унифицированные сечения горных выработок глубоких шахт (НР 139-69-1, НР 139-70-1 и НР 139-70-2). Размеры сечений от 5,8 до 17,9 м2 в свету. Бетонное заполнение имеет толщину 250 мм, бетон марки М150. Крепь ставится у забоя, а бетонные работы производятся с отставанием от него на 30 - 40 м, что позволяет бетону затвердевать за пределами зоны интенсивных смещений пород. Последующий тампонаж закрепного пространства существенно повышает устойчивость выработок. Плотность установки рам определяется ожидаемой нагрузкой на крепь и составляет от 0,75 до 2 рам на 1 м выработки.

Металлобетонные крепи типа КДЗ и КДА и аналогичные им со спецпрофилем вместо двутавра в качестве жесткой арматуры (несущая способность 0,4 - 0,8 МПа) рекомендуются для крепления участков приствольных выработок, сопряжений и камер, а также при пролетах более 6 м в свету.

4. Гладкостенная тюбинговая крепь ГТК (рис. 3) предназначена для горизонтальных и наклонных (до 25°) выработок, расположенных вне зоны влияния очистных работ.

Рис. 3. Замкнутая железобетонная крепь из двутаврового

Тюбинг шириной 750 мм имеет с внутренней стороны цилиндрическую поверхность, а с внешней - поверхность двоякой кривизны. Несущая способность крепи зависит от высоты ребра тюбинга и диаметра стержня рабочей арматуры и составляет 0,05 - 0,3 МПа.

Крепь устанавливается непосредственно у забоя выработки с помощью крепеукладчиков К-1000 и ТУ-2м. Закрепленное пространство заполняется мелкой породой. В сложных горно-геологических условиях требуется дополнительный тампонаж закрепленного пространства цементно-песчаным раствором марки 25. Тюбинги смежных арок с помощью полутюбингов устанавливаются с перевязкой горизонтальных швов. Для равномерной передачи давления на почву выработки крепь у почвы замоноличивается бетоном марки М50. Обязательным условием применения этой крепи является отсутствие пучения пород со стороны почвы выработки и смещения пород на контуре выработки, не превышающих 50 - 100 мм.

5. Арочные крепи из гладкостенных тюбингов КТАГ (рис. 4) и крупноразмерных ребристых тюбингов КТАМ применяются в породах, не склонных к пучению, и при отсутствии влияния очистных работ. У этих крепей тюбинги примыкают друг к другу в арке по криволинейным поверхностям разной кривизны, благодаря чему тюбинги могут поворачиваться на некоторый угол и обеспечивать податливость крепи. Для возведения крепи применяется крепеукладчик УК-500 и кран К-1000. Несущая способность этих крепей не превышает 0,3 МПа.

Рис. 4. Железобетонная крепь КТАГ

Для более сложных условий и глубоких шахт ВНИИОМШС разработана конструкция крепи из крупноразмерных железобетонных блоков БК-60 (рис. 5) с несущей способностью до 0,6 МПа. Блоки устанавливаются укладчиком К-1000.

Рис. 5. Замкнутая блочная крепь БК-60, ВНИИОМШС

6. В последние годы стали широко применяться сборные сплошные крепи из бетонных блоков с податливыми прокладками или без них (рис. 6, 7). Эти крепи имеют ряд преимуществ по сравнению с железобетонными монолитными крепями. Они могут возводиться непосредственно у груди забоя без применения временной крепи и сразу же после установки способны воспринимать давление пород. Появляется возможность применить более прогрессивное изготовление крепи индустриальным способом, механизировать процессы возведения крепи. Большинство блочных крепей взрывостойки и в них несложно ввести податливые элементы в виде прокладок необходимой толщины, благодаря чему крепь становится многошарнирной податливой конструкцией. Несущая способность за счет применения бетона высоких марок (до М300 - М400) может достигать у этих крепей 1 - 1,2 МПа (крепи КБЗ, КБА). В одном кольце устанавливается до 27 блоков (в крепи конструкции НИИОГР - до 40 блоков). Толщина блоков принимается 300 - 400 мм, ширина по длине выработки - 500 мм. Возведение крепей осуществляется посредством специальных механизированных шаблонов типа МШ.

Рис. 6. Блочная бетонная арочная крепь

Рис. 7. Блочная бетонная кольцевая крепь

7. Взамен металлобетонной крепи ВНИИОМШС разработана металлоблочная крепь ОПК (рис. 8), которая является комбинированной конструкцией, включающей в себя металлические арки (кольца) из спецпрофиля, неармированные блоки-затяжки и податливые прокладки, укладываемые между бетонными элементами. Благодаря специальным углублениям блоки-затяжки обеспечивают продольный распор металлических арок, а последние в свою очередь содействуют сохранению проектного контура крепи в период сборки, ведения взрывных работ и под нагрузкой до выполнения тампонажа закрепного пространства.

Рис. 8. Комбинированная металлическая крепь ОПК

Металлические арки устанавливаются с шагом 1 м. В арке от 9 до 15 блоков из бетона марки М300 - М400. Конструктивная податливость крепи 150 мм, несущая способность 0,6 МПа.

Блоки-затяжки возводятся крепеукладчиками К-1000 и ТУ-2. С их помощью можно устанавливать и металлические рамы.

При пучащей почве крепь ОПК применяется в комбинации с анкерной крепью (например, анкерной крепью постоянного сопротивления БМ-1 конструкции ВНИМИ. Описание крепи БМ-1 приведено ниже).

8. Одним из технологичных видов крепи является монолитная бетонная крепь. Монолитная бетонная крепь, как правило, применяется без обратного свода и имеет невысокую несущую способность (до 0,1 - 0,3 МПа). Крепь обычно деформируется при смещениях контура 20 - 100 мм с раскрытием трещин, появлением сколов и вывалов бетона. Область целесообразного применения крепи ограничена средними глубинами разработки, устойчивыми породами и отсутствием влияния очистных работ.

Минимальную толщину монолитной бетонной крепи следует принимать для сводов 170 мм, для стен - 200 мм.

Следует принимать меры по снижению гидростатического давления путем применения фильтрующих типов крепи, дренажа и других мероприятий.

В случаях когда в проектируемые выработки не допускается проникновение воды, надлежит предусматривать их гидроизоляцию. Применение водонепроницаемых крепей в водоносных породах должно быть специально обосновано.

В железобетонной и бетонной крепи горных выработок, сооружаемых в сейсмических районах с сейсмичностью свыше 7 баллов, следует предусматривать устройство деформационных швов, расстояния между которыми должны быть не более 30 м. Устройство деформационных швов следует, как правило, предусматривать в местах пересечения выработкой трещин или контактов между породами различной прочности.

Монолитную бетонную крепь целесообразно возводить не менее чем через 30 сут с момента обнажения пород и удаления забоя выработки не менее чем на 30 м. Участок выработки до 30 м от забоя поддерживается на временной крепи.

9. Арочные податливые крепи изготовляются из специального взаимозаменяемого профиля СВП пяти типоразмеров: N 17, 19, 22, 27 и 33.

Крепи предназначены для горизонтальных и наклонных выработок, находящихся как в зоне установившегося горного давления, так и в зоне влияния очистных работ при условии отсутствия пучащих пород в почве выработки. Плотность установки арочных рам от 0,8 до 2 рам на 1 м. Тип спецпрофиля арок выбирают исходя из размеров ширины выработки в соответствии с табл. 19 Руководства.

Крепь изготовляется трехзвенной, четырехзвенной и пятизвенной. Для выработок с пучащей почвой используется крепь с выположенным обратным сводом или кольцевая податливая крепь. Трехзвенная арочная крепь предназначена для выработок со смещением пород кровли до 300 мм, пятизвенная - более 300 мм.

Проектными институтами разработаны унифицированные типовые сечения выработок от 6,4 до 17,2 м2 (трехзвенная), от 7,3 до 18,1 м2 (пятизвенная), от 6,5 до 15,3 м2 (кольцевая).

Комбинированные арочные податливые крепи ВНИИОМШС, ПНИУИ и НИОГР (рис. 9) предназначены для тех же условий, что и трехзвенная металлическая крепь из СВП. Конструктивные отличия этих крепей заключаются в основном в степени кривизны стоек, а также в некотором различии способов соединения верхняка со стойкой. С целью сокращения расхода дефицитного металла стойки комбинированных крепей выполняются из железобетона М300 - М400. За счет этого на одном комплекте крепи экономится до 100 кг металла.

Рис. 9. Комбинированная арочная податливая крепь АП

10. Арочная шарнирно-податливая крепь (АШПК) ВНИИОМШС (рис. 10) отличается от комбинированных крепей тем, что благодаря шарнирному соединению верхняка со стойкой имеется возможность предварительного монтажа элементов и их пакетной доставки в забой выработки. Это позволяет полностью механизировать процесс установки арок при помощи подвесных или других крепеукладчиков и увеличить производительность труда при креплении до 40%.

Рис. 10. Сборная железобетонная

11. Податливую крепь с пониженным обратным сводом (КПОС) Ленинградского горного института (рис. 11) следует применять для крепления горных выработок при пологом (до 18°) залегании пород, при наличии всестороннего давления, когда ожидаемое смещение со стороны почвы выработки не более 400 мм.

Рис. 11. Конструкция крепи КПОС

1 - стойка; 2 - верхняк; 3 - лежень; 4 - полка;

Крепь состоит из двух взаимозаменяемых стоек 1, верхняка 2 с одинаковыми радиусами кривизны и криволинейного лежня 3, изготовленных из специального взаимозаменяемого профиля. Узел соединения стоек с лежнем выполняет одновременно функции шарнира и узла податливости. К концу стойки 1 с помощью металлической полосы 4 крепится выполненная из спецпрофиля скользящая накладка 5 (рис. 11, узел I). Соединение элементов крепи производится скобами 6, планками 7 и гайками 8 (узел II). Рамы крепи между собой скрепляются тремя межрамными стяжками, состоящими из уголка 1, скобы 2, планки 3 и двух гаек 4 (рис. 12).

Рис. 12. Конструкция межрамной стяжки

1 - уголок; 2 - скоба; 3 - планка; 4 - гайка

Конструкция крепи позволяет производить выемку породы из обратного свода породопогрузочной машиной, что значительно снижает трудоемкость сооружения обратного свода по сравнению с четырехзвенной податливой кольцевой крепью. Кроме того, возможна механизация возведения крепи с помощью самоходных крепеукладчиков.

Крепь имеет несущую способность, аналогичную рамной крепи из спецпрофиля.

12. Набрызгбетонная крепь применяется в выработках, пройденных в породах I и II категории устойчивости, как правило, вне зоны влияния очистных работ. Минимальная толщина покрытия из набрызгбетона должна быть не менее 3 см. Наибольший эффект от применения набрызгбетона в изверженных породах достигается при нанесении покрытия сразу после обнажения выработки, а также в сочетании с анкерной крепью.

13. Применение мощных железобетонных монолитных и сборных крепей с обратным сводом позволяет в ряде случаев бороться с интенсивными проявлениями горного давления на больших глубинах. Однако эти крепи являются дорогими. Устройство обратного свода в крепи снижает темпы сооружения выработки в 3 - 5 раз, поэтому в решении вопросов обеспечения устойчивости капитальных выработок перспективными являются разработка и применение комбинированных крепей, представляющих собой сочетание прочных металлических или бетонных конструкций с одновременным упрочнением закрепного пространства и пород в приконтурном массиве (анкерами различных конструкций, цементацией, тампонажем, химическими растворами и смолами). Благодаря такому упрочнению приконтурной зоны получается дополнительная искусственно упрочненная породная конструкция толщиной 1 - 2 м, которая по своей несущей способности может превышать несущую способность собственно крепи и, работая совместно с ней, способствует обеспечению устойчивого состояния выработки.

Для предотвращения пучения пород почвы в горных выработках в качестве анкерной крепи может применяться крепь БМ-1 (конструкции ВНИМИ) повышенной грузонесущей способности (рис. 13).

Рис. 13. Устройство анкерной крепи

1 - распорное устройство в виде усеченного конуса

У крепи БМ-1 распорное устройство, выполненное в виде усеченного конуса с цилиндрическим основанием, которое закрепляется в скважине путем засыпки в нее чугунных гранул различного диаметра. Крепь постоянного сопротивления и работает в податливом режиме.

Несущая способность анкеров составляет 0,06 - 0,15 МПа в породах с расчетным сопротивлением на сжатие 15 - 100 МПа. Анкерная крепь позволяет уменьшить смещения пород со стороны почвы выработки почти в 2 - 3 раза.

Приложение 5

РАСЧЕТ ОЖИДАЕМЫХ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ОКОЛОСТВОЛЬНОГО

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

1. Рекомендации по определению ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности и околоствольного массива от проектируемых и проводимых в целике очистных выработок приводятся для условий разработки свит и одиночных пластов с углом падения до 60° при отсутствии сдвижений по напластованию в соответствии с Правилами охраны сооружений и природных объектов. Расчеты могут производиться при управлении кровлей полным обрушением или закладкой выработанного пространства для прямолинейных контуров очистных выработок.

2. При особо сложных горно-геологических условиях для расчета сдвижений и деформаций околоствольного массива рекомендуется привлекать специализированные организации (ВНИМИ и др.). К таким условиям относятся:

наличие в околоствольном массиве крупных разрывных нарушений или древних оползней;

складчатое залегание пород;

гористый рельеф местности;

возможность оседания толщи пород под влиянием водопонижения или откачки воды из затопленных выработок;

камерная система разработки.

3. При расчете сдвижений и деформаций от очистных выработок, проводимых в целике, необходимо учитывать наличие в пласте ранее пройденных и проектируемых за пределами целика выработок. Расчет производится как от одной выработки суммарных размеров. Когда проводимая в целике очистная выработка отделена от пройденных или проектируемых в пласте за пределами целика выработок целиком, размеры которого более 0,15H (H - средняя глубина залегания целика, м), то расчет сдвижений и деформаций выполняется без учета ранее пройденных или проектируемых за пределами целика выработок.

Когда ствол проходится в зоне влияния очистных работ до окончания процесса сдвижения в соответствии с Правилами охраны, расчетные сдвижения и деформации определяются с привлечением специализированных научно-исследовательских институтов.

Рассчитанные по настоящей методике ожидаемые величины сдвижений и деформаций при использовании их в качестве исходных данных для разработки мер по предотвращению нарушений эксплуатируемых или реконструируемых стволов должны умножаться на коэффициенты перегрузки, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Примечание. Коэффициенты перегрузки и величины рассчитанных ожидаемых сдвижений и деформаций вводятся только один раз, например, при расчете деформаций \epsilon_{z} по формуле (8) настоящего приложения используются величины оседаний без коэффициента перегрузки, а в полученное значение деформаций \epsilon_{z} вводится коэффициент перегрузки согласно табл. 1.

РАСЧЕТ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

4. При оконтуривании околоствольного целика уменьшенных размеров с одной стороны величины сдвижений и деформаций земной поверхности определяются по рекомендациям Правил охраны <1> для соответствующего бассейна с учетом п. 3.

<1> Здесь и далее имеется в виду, что сдвижения и деформации или параметры процесса сдвижения, определяемые по действующим в бассейне Правилам охраны сооружений и природных объектов могут приниматься согласно "Руководству по расчету, проектированию, строительству зданий и сооружений на подрабатываемых территориях". М., Стройиздат, 1977.

5. При оконтуривании целика с противоположных сторон по простиранию величины сдвижений и деформаций земной поверхности определяются способом суммирования от каждой выработки с учетом их знаков.

Расчет сдвижений и деформаций производится по рекомендациям Правил охраны. При этом угол полных сдвижений \psi_{3}\prime и граничный угол \delta_{0}\prime от влияния горных выработок, оконтуривающих целик во вторую очередь, определяются по формулам:

\delta_{0}\prime = \delta_{0} - (\delta_{0} - \psi_{3})(1 - \frac{l}{l_{0}})2 ; (1)

\psi_{3}\prime = \psi_{3} + (\delta_{0} - \psi_{3})(1 - \frac{l}{l_{0}})2 , (2)

где \delta_{0}\prime и \psi_{3}\prime - соответственно граничный угол и угол полных сдвижений, град, при размере предохранительного целика l<l_{0} , углы строятся от границы целика, оконтуриваемой во вторую очередь;

l_{0} - предельный размер предохранительного целика, м, определяемый по формуле

l_{0} = 2Hctg\delta_{0} , (3)

где H - глубина залегания пласта, м.

Если l>l_{0} , то размер предохранительного целика при расчете по формулам (1) и (2) принимается l = l_{0} . Граничный угол и угол полных сдвижений от влияния горных выработок, оконтуривающих целик в первую очередь, определяются по Правилам охраны.

Если сокращение целика с противоположных сторон по простиранию производится одновременно, то граничный угол и угол полных сдвижений от влияния каждой из противоположных выработок определяются по формулам (1) и (2) с учетом п. 6 настоящего приложения.

РАСЧЕТ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ЗОНЕ ОПОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

6. Расчет сдвижений и деформаций в зоне опорного давления (зона сжатия) выполняется на основе определения нормальной (вертикальной) составляющей вектора сдвижения.

Схема, с помощью которой выполняется расчет сдвижений и деформаций на разрезе по простиранию, приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема к расчету сдвижений и деформаций

На разрезе по простиранию от границы выработки в сторону целика откладывается отрезок 5 - В, равный

L_{0} = Hctg\delta_{0} , (4)

и соответствующий размеру зоны опорного давления L_{0} , м, в плоскости угольного пласта по простиранию.

Размеры зоны опорного давления в кровле и почве пласта принимаются равными размеру зоны опорного давления, определяемому по формуле (4).

Отрезок 5 - В делится на четыре равные части. Через точки деления проводятся вертикальные линии I, II, III, IV и V. На вертикальной линии, проходящей через границу выработки (точка 5), в сторону кровли и почвы пласта откладываются отрезки, равные L_{0} (точки 1 и 9). Отрезок 1 - 9 делится на восемь равных частей, а точки деления соединяются с точкой В прямыми.

Оседания в зоне опорного давления определяются для узловых точек - точек пересечения вертикальных (I, II, III, IV, V) и наклонных (I - В, 1 - В,..., 9 - В) линий. Величины оседания \eta , мм, в узловых точках вычисляются по формуле

где \eta_{0} - максимальное оседание, мм, при полной подработке земной поверхности выработкой, от которой производится расчет (см. п. 3), определяемое по формуле

где q_{0} - относительное максимальное оседание - согласно Правилам охраны;

m - вынимаемая мощность пласта, м.

При неполной подработке вместо \eta_{0} определяется максимальное оседание \eta_{m} , мм, - по рекомендациям Правил охраны.

При ведении очистных работ с противоположных сторон расчет оседаний в зоне опорного давления производится отдельно от каждой выработки и результаты суммируются. При этом граничный угол и угол полных сдвижений, входящие в формулы (4) и (7) для горной выработки, отрабатываемой во вторую очередь, определяются по формулам (1) и (2) <*>.

<*> В Донецком бассейне при расчете сдвижений и деформаций в зоне опорного давления для районов, разрабатывающих пласты марок Д-Г-Ж, граничный угол \delta_{0} , град, определяется из выражения

где H - глубина точки пересечения ствола пластом, м.

Коэффициент S(z), характеризующий распределение оседаний в зоне опорного давления, определяется по табл. 2.

Табличные величины a = S(z)_{1} , b = S(z)_{2} , c = S(z)_{3} и d = S(z)_{4} находятся, по Правилам охраны, по z = x/L_{3} с точностью до третьего знака соответственно для вертикальных линий I, II, III, IV (см. пример 2). Длина полумульды (м) на разрезе по простиранию определяется графически или по формуле

где \delta_{0} и \psi_{3} определяются по Правилам охраны с учетом п. 3, град.

На разрезе по простиранию в зоне опорного давления в однородных горных породах <*> определяют вертикальные деформации для середины интервалов между узловыми точками по формуле

где \eta_{\text{в}} и \eta_{\text{в} - 1} - соответственно оседания нижней и верхней точек (мм), расположенных на одной вертикали (I, II, III, IV, V, см. рис. 1);

l - расстояние между точками, м.

<*> Под однородными здесь понимают породы, модули деформации которых отличаются не более чем в 2 раза от среднего модуля деформаций массива, определяемого по рекомендациям п. 10.

Определение вертикальных деформаций точек оси ствола по найденным деформациям интервалов нормальных сечений (I, II, III, IV, V) между узловыми точками производится следующим образом.

Соединяются середины интервалов между узловыми точками нормальных сечений, ближайших к оси ствола и расположенных по обе ее стороны. Деформации точек пересечения этих линий со стволом определяются интерполированием. Например, для случая - по рис. 1 интерполяция должна производиться между нормальными сечениями III и IV.

На углах падения до 5° включительно расчет деформаций и сдвижений выполняется аналогичным образом.

7. Расчет сдвижений и деформаций на разрезе вкрест простирания (рис. 2) у нижней границы очистной выработки производится следующим образом. От границы выработки в сторону целика в плоскости пласта откладывается отрезок 5 - В, равный

где L_{\text{о}.\text{н}} - размер зоны опорного давления со стороны нижней границы выработки, м;

H_{\text{н}} - глубина залегания нижней границы выработки, м;

\alpha - угол падения пласта, град.

От нижней границы выработки (точка 5) по граничному углу \beta_{0} , град, определяемому по действующим Правилам охраны, проводим линию до пересечения с земной поверхностью (точка V). Соединяем точки V и В прямой линией и из точки 5 проводим линию, параллельную линии - V - В, до пересечения с земной поверхностью (точка I). На линии 5 - 1, проходящей через границу выработки (точка 5), в сторону пород кровли и почвы пласта откладываем отрезки, равные L_{\text{о}.\text{н}} (точки 1 и 9). Точки 1 и 9 соединяем с точкой В. Отрезок 5 - В делим на четыре равные части. Из точек, полученных в результате деления отрезка 5 - В, проводим линии, параллельные линии V - В до пересечения с земной поверхностью (точки II, III и IV) и с линией В - 9. Отрезок 1 - 9 делим на восемь равных частей, а полученные точки 1, 2, ..., 8, 9 соединяем с точкой В.

Деформации по нормали к напластованию \epsilon_{\text{п}} у нижней границы в зоне опорного давления определяются для интервалов между узловыми точками по формуле

где l - расстояние между точками, м;

\eta_{n} и \eta_{n - 1} - сдвижения, мм, по нормали к напластованию соответственно нижней и верхней узловых точек (точек пересечения линий I, II, III, IV, т.е. параллельных линий I - В, 1 - В, ..., 9 - В), и вычисляются по формуле (5), в которой коэффициент S(z) находится по табл. 2. Величины \eta_{0} и \eta_{m} определяются по формуле (6) без учета угла падения.

Нормальные деформации точек оси ствола определяются по найденным деформациям интервалов интерполированием между ближайшими сечениями (I, II, III, IV, V), расположенными по обе стороны. Например, для случая на рис. 2 со стороны нижней границы выработки интерполяция должна производиться для интервалов 1 - 2 и 2 - 3 между сечениями II и III, для интервалов 3 - 4, 4 - 5, 5 - 6, 6 - 7 - между сечениями III и IV и т.д.

8. Переход от деформаций, вычисленных по нормали к напластованию \epsilon_{\text{п}} к горизонтальным \epsilon_{x,y} и вертикальным \epsilon_{z} , производится по известным формулам аналитической геометрии и теории упругости в зависимости от ориентирования осей x, y относительно элементов залегания пород.

Например, принимая в прямоугольной системе координат ось z вертикальной и ориентируя горизонтальные оси x и y симметрично относительно линии падения (в плане), деформации определяются через направляющие косинусы нормального вектора \epsilon_{\text{п}} :

где \alpha - угол падения пласта (пород), град;

9. Для определения сдвижений и деформаций в зоне опорного давления у верхней границы выработки геометрические построения производятся так же, как и у нижней (см. рис. 2). Угол \gamma_{0} , град, определяется по Правилам охраны.

Размер зоны опорного давления со стороны верхней границы выработки определяется по формуле

где H_{\text{в}} - глубина верхней границы выработки, м.

Сдвижения (в мм) по вертикали \eta у верхней границы выработки в зоне опорного давления рассчитываются для узловых точек по формуле (5), в которой значение коэффициента S(z) берется из табл. 2.

Вертикальные деформации \epsilon_{z} у верхней границы выработки в зоне опорного давления для интервалов между узловыми точками вычисляются по формуле (8).

10. В неоднородных породах, т.е. при различных модулях деформаций слоев, расчет вертикальных сжатий пород осуществляется в следующей очередности:

по рекомендациям п. 8 определяются сжатия \epsilon_{z} интервалов зоны опорного давления в условиях однородных пород;

определяются приведенные значения деформаций сжатия по формуле

где E_{\text{ср}} - средний модуль деформации массива, МПа;

E_{i} - модуль деформации, МПа, i-го слоя.

где H_{o} - общий размер зоны опорного давления в данном расчетном сечении (I, II, III, IV, V);

h_{1} , h_{2} , ..., h_{n} - мощности отдельных слоев в зоне опорного давления \sum_{1}^{n} h_{i} = H_{o} , м.

При отсутствии значений модулей деформации вместо них для приближенных расчетов могут быть использованы пределы прочности слоев на одноосное сжатие.

11. Приводимые методы расчета искривлений вертикальных шахтных стволов даются для полной и неполной подработки.

Расчеты производятся на разрезе по простиранию или вкрест простирания в области, ограниченной граничными углами сдвижения.

12. Расчет искривлений шахтных стволов выполняется на основании построения схемы положений изолиний вертикальных сдвижений \eta (рис. 3, а и б) и определения горизонтальных составляющих вектора сдвижения в точках околоствольного массива по вертикальной оси ствола.

13. Положение изолиний вертикальных сдвижений для ствола, расположенного со стороны падения выработки при условии полной подработки земной поверхности, на разрезе вкрест простирания (см. рис. 3, а) определяют следующим образом.

По граничному углу \beta_{0} , град, и углу полных сдвижений \psi_{1} , град, находится размер полумульды на земной поверхности L_{1} , м, которая делится на 10 равных частей (точки 1, ..., 11).

Точка А (нижняя граница очистной выработки) соединяется прямыми линиями с точками 1, ..., 11. Линии 1 - А, ..., 11 - А представляют собой линии равных относительных вертикальных сдвижений \eta в толще пород (на рис. 3, а они показаны цифрами, означающими доли от максимального оседания \eta_{0} , мм). Эти линии в дальнейшем условно называются изолиниями.

Построение схемы положений изолиний вертикальных сдвижений на разрезе по простиранию пласта, а также на разрезе вкрест простирания со стороны верхней границы выработки при условии полной подработки производится аналогичным образом.

14. Если на разрезе вкрест простирания размер очистной выработки не обеспечивает полной подработки земной поверхности, то построение схемы положений изолиний вертикальных сдвижений производится следующим образом (рис. 3, б). От середины выработки (точка Д на рис. 3, б) под углом \theta , град, определяемым по Правилам охраны, проводится прямая линия до пересечения с земной поверхностью (точка 1). От нижней границы выработки (точка А) под углом \beta_{0} проводится линия до пересечения с земной поверхностью (точка 11). Отрезок 1 - 11, равный L_{1} , является величиной полумульды со стороны падения выработки. Полумульда точками 2, ..., 10 делится на десять равных частей. Точки деления соединяются с точкой А прямыми линиями, представляющими изолинии относительных вертикальных сдвижений в толще со стороны падения выработки. Оцифровка изолиний производится по таблице для величин S(z) по коэффициенту подработанности n_{1} , определяемому согласно Правилам охраны.

Например, для условий Донбасса по табл. 1.4 Правил охраны для n_{1} = 0,6 находим наименование изолиний (оцифровку), которые и даны на рис. 3, б.

По простиранию и со стороны верхней границы выработки построение производится аналогично.

15. В точках пересечения оси ствола с земной поверхностью и с изолиниями вертикальных сдвижений (например, точки 12, ..., 20 на рис. 3, а) горизонтальные сдвижения (в мм) рассчитываются по формуле

где S\prime(z) - функция распределения наклонов определяется по Правилам охраны. В формуле (16) знак "+" относится к полумульде по восстанию, знак "-" - к полумульде по падению пласта; \eta_{1} определяется в местах пересечения оси ствола с изолиниями относительных вертикальных сдвижений и представляет собой произведение относительного вертикального сдвижения по данной изолинии и максимального оседания \eta_{0} (например, для точки 14 \eta_{14} = 0,71\eta_{0} ; для точки 15 \eta_{15} = 0,5\eta_{0} и т.д.).

Горизонтальные сдвижения, рассчитанные указанным способом, всегда направлены в сторону восстания пласта и имеют знак плюс.

Максимальное оседание определяется по Правилам охраны с учетом п. 3.

16. Рассчитанные горизонтальные сдвижения \xi , мм, откладываются в масштабе в местах пересечения оси ствола с изолиниями вертикальных сдвижений \eta : соединяя отложенные значения \xi , получаем профиль искривления оси ствола (кривые l на рис. 3, а и б).

На профиле ствола выбираются характерные точки - места перегиба профиля и с использованием полученных для них величин горизонтальных сдвижений \xi рассчитываются уклоны и искривления стволов.

Отклонения интервалов от вертикальной линии (уклоны, мм/м, или 1 \cdot 10^{- 3} ) в коренных породах определяются по формуле

где \xi_{n} и \xi_{n - 1} - соответственно горизонтальные сдвижения соседних точек массива, расположенных на одной вертикальной линии;

l_{n} - расстояние между точками, м.

Кривизна вертикальной линии (1 \cdot 10^{- 6}) в коренных породах (искривление оси ствола) определяется по формуле

где i_{zn} и i_{zn - 1} - уклоны соседних интервалов массива;

0,5(l_{n} + l_{n - 1}) - полусумма длин соседних интервалов.

Вертикальные деформации \epsilon_{z} по оси ствола определяются по формуле (8), в которой оседания в точке по оси ствола принимаются в соответствии с пп. 12 - 14.

17. Рассмотренные выше расчеты искривления оси ствола относятся только к тем случаям, когда ось ствола на разрезе вкрест простирания не пересекает очистную выработку или ее проекцию на плоскости разреза вкрест простирания (кривые 1 на рис. 3, а и б).

Кроме этого, положение оси ствола на разрезе вкрест простирания относительно очистных выработок может быть следующим:

ось ствола пересекает очистную выработку;

ось ствола пересекает проекцию очистной выработки, т.е. на разрезе по простиранию ось ствола проходит через целик.

18. В первом случае схемы положений изолиний вертикальных сдвижений строятся аналогично изложенному выше, однако при этом производятся дополнительные расчеты.

Если подработка полная, т.е. ось ствола после пересечения с изолинией 1 (точка C на рис. 3, а) пересекает очистную выработку (точка D на рис. 3, а), то в этом интервале (вдоль оси ствола) принимается изменение \eta прямо пропорциональным расстоянию до пласта от величины \eta_{0} , определяемой по Правилам охраны, до величины m.

Если подработка неполная и ось ствола после пересечения с изолинией 1 (точка 17 на рис. 3, б) пересекает линию, проведенную под углом полных сдвижений (точка 18), и далее пересекает очистную выработку (точка 19), то в интервалах (вдоль оси ствола) 17 - 18 и 18 - 19 увеличение \eta принимается прямо пропорциональным расстоянию до пласта. Величина \eta изменяется от величины \eta_{m} - при неполной подработке вкрест простирания, до величины \eta_{0} - при полной подработке в интервале 17 - 18 и от величины \eta_{0} - при полной подработке до величины m в интервале 18 - 19. Горизонтальные сдвижения \xi рассчитываются по формуле (16). Полученные таким образом искривления оси ствола показаны на рис. 3, а и б кривыми 2.

19. Во втором случае (см. п. 17) искривления ствола рассчитываются следующим образом:

по оси ствола строится разрез по простиранию, на котором показываются границы целика по пласту;

в зависимости от положения ствола относительно границ целика по простиранию по методике, изложенной в пп. 6 и 7, определяются вертикальные сдвижения в точках по оси ствола, попадающей в зону опорного давления по простиранию. Если на ствол оказывают влияние зоны опорного давления с обеих границ целика по простиранию, то величины вертикальных сдвижений по оси ствола, определенные от влияния каждой из зон опорного давления, суммируются;

по определенным на разрезе по простиранию величинам вертикальных сдвижений в точках оси ствола по формуле (16) рассчитываются горизонтальные сдвижения;

рассчитанные горизонтальные сдвижения в точках оси ствола откладываются на разрезе вкрест простирания в масштабе в сторону восстания пласта;

выше зоны опорного давления горизонтальные сдвижения принимаются постоянными и равными значению горизонтального сдвижения, определенного в точке пересечения оси ствола с верхней границей зоны опорного давления (кривая 3 на рис. 3, б).

20. Искривления ствола для свиты пластов определяют путем алгебраического суммирования искривлений, рассчитанных от каждой из влияющих на ствол выработок.

Пример 1. Расчет ожидаемых искривлений ствола

В Карагандинском бассейне вертикальный шахтный ствол охраняется предохранительным целиком. Предполагается лавой длиной 120 м между горизонтами 290 и 320 м отработать часть целика, равную 80 м (рис. 4). Верхняя часть шахтного поля отработана до выхода пласта под наносы. Глубина залегания пласта k_{18} по оси ствола составляет H = 350 м, угол падения пласта \alpha = 15^{\circ} , мощность m = 1,85 м, мощность наносов 30 м.

Требуется рассчитать ожидаемые искривления ствола от очистной выработки, проектируемой в предохранительном целике.

Решение. Расчет искривлений ствола производится согласно пп. 11 - 20.

Угол сдвижения, граничные углы в неподработанной ранее толще и углы полных сдвижений выбираются согласно Правилам охраны для Карагандинского бассейна:

Расчет максимального оседания земной поверхности производим по формуле

Величины оседаний в каждой точке главного сечения мульды сдвижения \eta_{x} , вычисленные по формуле: \eta_{x} = \eta_{m}S(z) , сведены в табл. 3.

Горизонтальные сдвижения в точке пересечения оси ствола с земной поверхностью z = 0,8 и с изолиниями вертикальных сдвижений z = 0,9 рассчитываем по формуле (16):

где S\prime(z) определяем по Правилам охраны.

Значения горизонтальных сдвижений откладываем в точках пересечения оси ствола с земной поверхностью и с изолиниями вертикальных сдвижений и получаем график искривления ствола (см. рис. 4).

Рассчитанные ожидаемые величины сдвижений при использовании их в качестве исходных данных для разработки мер охраны должны быть умножены на коэффициенты перегрузки (см. табл. 1).

В условиях Донецкого бассейна вертикальный шахтный ствол охраняется предохранительным целиком. Ствол на глубине 700 м пересекает горизонтально залегающий пласт k_{1} мощностью m = 1,2 м.

Предохранительный целик планируется частично отработать с востока и запада (лавы 2 и 1). За границами лав 1 и 2 пласт отработан (рис. 5).

Средний предел прочности на одноосное сжатие толщи горных пород в пределах зоны выше и ниже пласта k_{1} на 200 м составляет 700 кгс/см2, предел прочности угля - 250 кгс/см2.

Требуется рассчитать деформации сжатия ствола в зоне опорного давления.

Решение. Деформации в зоне опорного давления рассчитываем согласно пп. 6 - 8, а оседания земной поверхности от каждой из противолежащих выработок - по Правилам охраны сооружений для Донецкого угольного бассейна.

Максимальное оседание земной поверхности \eta_{0} определяем по формуле (6): \eta_{0} = q_{0}m = 0,75 \cdot 1,2 = 900\text{мм} .

Граничные углы, необходимые для построения, составят:

Для построения зоны опорного давления от границы выработки (лавы 1) в сторону целика откладываем отрезок 5 - В, равный L_{0} = Hctg\delta_{0} = 700 \cdot 0,27 = 189\text{м} , делим его на четыре одинаковые части (рис. 5, а). Через точки деления проводим вертикальные линии I, II, III, IV, V. На линии, проходящей через границу выработки (точка 5), в сторону кровли и почвы пласта откладываем отрезки L_{0} = 189\text{м} (точки 1 и 9) и делим каждый на четыре равные части. Соединив точки деления с точкой В прямыми, получим узловые точки пересечения вертикальных (I, II, III, IV, V) и наклонных (1 - В, ..., 9 - В) линий.

Из табл. 1.4 Правил охраны выбираем значения S(z) для поверхности и строим на разрезе по простиранию кривую функции S(z) (рис. 5, б). Значения коэффициентов: S(z)_{1} = a , S(z)_{2} = b , S(z)_{3} = c , S(z)_{4} = d определяем графически в соответствующих точках земной поверхности I, II, III, IV, V.

Коэффициенты S(z) в узловых точках зоны опорного давления, определенные по табл. 2, приведены в табл. 4.

Оседания \eta от влияния лавы 1 в узловых точках, ближайших к оси ствола (1, ..., 9 и 1", ..., 9"), вычисляем по формуле (5); значение S(z) берем из табл. 4. Величины \eta приведены в табл. 5. Вертикальные деформации однородной толщи пород в зоне опорного давления для середины интервалов между узловыми точками нормальных сечений, ближайших к оси ствола - (II и III), определяем по формуле (8). Они приведены в табл. 6.

Таблица 6

Вертикальные деформации \epsilon_{z} в точках ствола

\delta_{0}\prime = \delta_{0} - (\delta_{0} - \psi_{3})(1 - \frac{l}{l_{0}})^{2} = 75 - (75 - 55)(1 - \frac{185}{378})^{2} = 69^{\circ} ;

,

Величины вертикальных деформаций от лав 1 и 2 откладываем в точках оси ствола и получаем кривые 1 и 2 (см. рис. 6). Суммарные деформации от влияния двух лав, отрабатываемых с востока и запада целика, показаны кривой 3.

\sigma_{cp} = \frac{H_{0}}{\frac{h_{\text{п}}}{\sigma_{\text{п}}} + \frac{h_{\text{у}}}{\sigma_{\text{у}}}} = \frac{344}{\frac{342}{700} + \frac{2}{250}} = 688\text{кгс}/\text{см}^{2} ,

где h_{\text{п}} - суммарная мощность толщи горных пород в пределах зоны опорного давления;

h_{\text{у}} - мощность угля в зоне опорного давления;

Приведенные вертикальные деформации составляют:

для толщи пород

\epsilon_{z\text{прив}} = \epsilon_{z} \frac{688}{700} = \epsilon_{z} \cdot 0,98 ;

для угля

где \epsilon_{z} - суммарные вертикальные деформации от влияния двух лав (кривая 3 на рис. 6, а) на определяемом интервале зоны опорного давления, например, для интервала А - Б, включающего угольный пласт k_{1} , значение приведенных вертикальных деформаций составит

После умножения полученных таким образом деформаций на коэффициенты перегрузки (см. табл. 1) получим расчетные величины \epsilon_{z} , которые и используются в качестве исходных данных для разработки мер по предотвращению нарушений стволов и т.д.

Приложение 6 (1)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА КРЕПЬ УСТЬЯ СТВОЛА ОТ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ,

&1. Наибольшая суммарная дополнительная нагрузка P_{\text{ф}} определяется графически, как максимальная при суммировании эпюр пригрузок от каждого из зданий (сооружений), расположенных на поверхности с одной стороны от ствола на расстоянии от его контура не более 5r_{0} ( r_{0} - радиус ствола в свету, м).

P_{\text{ф}_{i}} = \frac{2Q_{i}(r_{0} + l_{i})}{l_{i}b_{i}(2r_{0} + l_{i})} [\frac{r_{0}}{r_{0} + Htg(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2})}]^{\psi}tg^{2}(45^{\circ} - \frac{\varphi}{2}) , [1 (1 прил. 1)]

где Q_{i} - вес здания (сооружения), кН (тс);

r_{0} - радиус ствола в свету, м;

l_{i} - расстояние от контура сечения ствола до наиболее удаленной точки по длине здания (сооружения), м;

H - глубина рассматриваемого участка ствола от поверхности, м;

\psi - безразмерный коэффициент, определяемый из выражения

\psi = 2tg\varphi tg(45^{\circ} + \frac{\varphi}{2}) ;

\varphi - угол внутреннего трения пород, град.

3. Максимальная пригрузка от группы зданий (сооружений) определяется по формуле

где P_{\text{ф}_{1,2,...,n}} - пригрузка от здания (сооружения), кПа (тс/м2), определяемая по формуле [1 (1 прил. 1)];

\theta - угол [рис. 1 (рис. прил. 1)], заключенный между радиусом, проходящим через центр тяжести здания (сооружения) N 1, и линией приложения максимальной суммарной нагрузки, град, определяемый по формуле

где \theta_{i} - угол, заключенный между радиусами, проходящими через центры тяжести зданий (сооружений) N 1 и N i, град.

Начало отсчета угла \theta_{i} помещается по радиусу, проходящему через центр тяжести здания (сооружения) N 1, условно принятого расположенным внизу генплана с последующей нумерацией зданий (сооружений) по вертикали [для рис. 1 (рис. прил. 1) \theta_{i} = 0 ].&

Рис. 1. (1 Прил. 1) Схема к расчету пригрузок от зданий (сооружений), расположенных на поверхности вблизи ствола

Исходные данные: диаметр ствола d = 8 м (r_{0} = 4\text{м}) ; расстояние от проемов в крепи более 20 м; устье ствола проектируется к возведению в породах (наносах) мощностью 10 м; средняя плотность (объемная) пород \rho = 2,3\text{т}/\text{м}^{3} , при этом удельный вес \gamma = 2,3 \cdot 10 = 23\text{кН}/\text{м}^{3} ; наименьший угол внутреннего трения \varphi = 16^{\circ} . На поверхности отсутствует дополнительная пригрузка от зданий и сооружений, т.е. P_{\text{ф}} = 0 .

Решение. Горизонтальное (радиальное) давление пород на крепь устья ствола для H = 10 м определяется по формуле [6 (6)] настоящих норм:

P_{\text{п}} = 1,3 \cdot 1,7\{23 \cdot 4 \frac{0,75}{0,76 - 1} [1 - (\frac{4}{4 + 10 \cdot 0,75})^{- 0,24}]\} = 185\text{кПа} .

Пример 2.

Исходные данные: устье шахтного ствола проектируется в тех же условиях, что и в примере 1, но на поверхности вблизи ствола находятся фундаменты под укосины копра и здание подъемной машины (рис 2), ближайшие точки которых расположены меньше чем на 5r_{0} и поэтому должны быть учтены в расчетах как пригрузка.

Рис. 2. Схема к расчету пригрузок от поверхности сооружений

1 - ствол; 2 - здание; 3 - укосины

Проектные данные следующие: фундаменты под укосины копра: Q_{1} = Q_{3} = 1050\text{кН} ; здание подъемной машины: Q_{2} = 7400\text{кН} ;

l_{1} = l_{3} = 15\text{м} ; l_{2} = 38,4\text{м} ; b_{1} = b_{3} = 2,6\text{м} ; b_{2} = 18\text{м} .

Углы пересечения радиусов-векторов центров тяжести загруженных площадей:

\theta_{2} = 15^{\circ} ; \theta_{3} = 30^{\circ} ; \psi = 2tg \cdot 16^{\circ} \cdot tg \cdot 53^{\circ} = 0,76 .

Решение. Горизонтальная расчетная нагрузка на крепь устья ствола определяется по формуле [6 (6)] настоящего Руководства:

P_{\text{п}} = 1,3 \cdot 1,7\{23 \cdot 4 \frac{tg37^{\circ}}{0,76 - 1} [1 - (\frac{4}{4 + 10 \cdot 0,75})^{- 0,24}] + P_{\text{ф}}\} .

Максимальная поверхностная пригрузка устанавливается как сумма пригрузок от каждой поверхностной пригрузки. Последние, согласно формуле [1 (1 прил. 1)] настоящего приложения, определяются следующим образом:

P_{\text{ф}_{1}} = P_{\text{ф}_{3}} = \frac{2 \cdot 1050(4 + 15)}{2,6 \cdot 15(2 \cdot 4 + 15)} [\frac{4}{4 + \text{Н } \cdot 0,75}]^{0,76}tg^{2}37^{\circ} ;

при H = 0

P_{\text{ф}_{1}} = P_{\text{ф}_{3}} = 25,3\text{кПа} ;

при H = 10

P_{\text{ф}_{1}} = P_{\text{ф}_{3}} = 11,3\text{кПа} ;

P_{\text{ф}_{2}} = \frac{2 \cdot 7400(4 + 38,4)}{18 \cdot 38,4(2 \cdot 4 + 38,4)} [\frac{9}{4 + \text{Н } \cdot 0,75}]^{0,76}tg37^{\circ} ;

при H = 0

P_{\text{ф}_{2}} = 11,1\text{кПа} ;

при H = 10

P_{\text{ф}_{2}} = 5\text{кПа} .

Угол, соответствующий направлению действия P_{\text{ф}_{i}} , находится по формуле (3) настоящего приложения:

\theta = 0,5arctg \frac{P_{\text{ф}_{2}}sin30^{\circ} + P_{\text{ф}_{3}}sin60^{\circ}}{P_{\text{ф}_{1}} + P_{\text{ф}_{2}}cos30^{\circ} + P_{\text{ф}_{3}}cos60^{\circ}} = 15^{\circ} .

Максимальная поверхностная пригрузка от частных пригрузок определяется по формуле (2) настоящего приложения:

при H = 0

при H = 10

P_{\text{ф}_{\text{макс}}} = 11,3 \cdot 0,97^{2} + 5 + 11,3 \cdot 0,97^{2} = 26\text{кПа} .

Горизонтальная расчетная нагрузка на крепь устья ствола:

при H = 0

при H = 10

P_{\text{п}} = 1,3 \cdot 1,7\{23 \cdot 4 \frac{0,75}{0,76 - 1} [1 - (\frac{4}{4 + 10 \cdot 0,75})^{- 0,24}] + 26,0\} = 243\text{кПа} .

Приложение 7

УСТАНОВЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ШАХТНЫЙ СТВОЛ ОЧИСТНЫХ РАБОТ ДЛЯ УСЛОВИЙ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРАЦИОННОЙ СЕТКИ

Определение коэффициента воздействия на ствол очистных работ производится с помощью интеграционной сетки.

L_{\text{о}}\prime_{\text{н}} = L_{\text{о}}\prime_{\text{в}} = L_{0}cos^{2}\alpha , (2)

где L_{0} - расстояние от ствола до границы расчетного целика по простиранию, м;

H - глубина ствола в точке пересечения с пластом, м;

\alpha - угол падения пород, град.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

В месте пересечения пласта

Проектируемый в Донбассе ствол на глубине 750 м пересекает угольный пласт мощностью 1,5 м. Угол падения пород 30°. Ствол предполагается охранять предохранительным целиком (по Правилам охраны), который за 2 года до начала проходки будет частично (на 50%) отработан соседней шахтой (рисунок). Граничный угол 75°.

Рисунок. Интеграционные сетки для расчета коэффициента влияния очистных работ

t_{1} , t_{2} , t_{3} , t_{4} - элементарные коэффициенты влияния

Требуется установить степень воздействия очистных работ.

L_{\text{о}}\prime_{\text{н}} = L_{\text{о}}\prime_{\text{в}} = 201 \cdot 0,75 = 150\text{м} .

На кальке строится расчетный целик в форме эллипса (рис. а) или прямоугольника (рис. б), который затем разбивается на 4 зоны и 8 секторов, как показано на рисунке.

В результате построения получаются 32 ячейки, которым в каждой зоне (по 8 ячеек) соответствуют свои постоянные элементарные величины степени влияния (см. рисунок), найденные экспериментально-аналитическим путем и численно равные: t_{1} = 0,015 ; t_{2} = 0,024 ; t_{3} = 0,060 ; t_{4} = 0,151 .

Совмещая сетку на плане горных работ с центром ствола (для двух вариантов расположения очистных работ в целике - а и б), подсчитывается общая величина степени влияния T как сумма произведений числа ячеек сетки n_{j} , попавших на горные работы, на соответствующие элементарные величины степени влияния ячеек t_{i} : T = \Sigma t_{i}n_{j} .

По варианту а в результате расчета в точке пересечения пласта имеем:

T = 7t_{1} + 7t_{2} + 4t_{3} + 2t_{4} = 0,815 ;

по варианту б:

T = 6t_{1} + 6t_{2} + 6t_{3} + 2t_{4} = 0,896 .

Следует иметь в виду, что поскольку ячейки могут накладываться не полностью, возможно получение несколько завышенных значений величин.

Таким образом, для варианта а

для варианта б

k_{\text{ц}} = 1,896 .

В почве и кровле пласта

Размеры зоны влияния очистных работ (опорного давления) в почве и кровле пласта определяются на разрезе по простиранию, как

L_{\text{п}} = L_{\text{к}} = L_{0}T . (3)

Коэффициенты воздействия на стволе в почве и кровле вдоль вертикальной линии определяются по формуле

k_{\text{ц}} = 1 + \text{Т}_{z} , (4)

где

T_{z} = Tf(\frac{z}{L_{\text{п}(\text{к})}}) ;

z - абсолютное значение расстояния по вертикали от разрабатываемого пласта до рассматриваемого сечения в кровле (почве) пласта;

f(\frac{z}{L_{\text{п}(\text{к})}}) - значения функций, определяемые по таблице:

Приложение 8

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ НОРМАТИВНЫХ ДАВЛЕНИЙ НА КРЕПЬ ШАХТНОГО СТВОЛА В ПОРОДАХ IV КАТЕГОРИИ УСТОЙЧИВОСТИ

1. Для пород IV категории устойчивости непременным является учет реологических параметров горных пород. Механизм взаимодействия системы "крепь - порода" может быть при этом охарактеризован с помощью обобщенного коэффициента (именуемого критериальным) R_{s}^{0} .

где R_{s}^{0} - обобщенный коэффициент, имеющий в зависимости от схемы проходки выработки, значения:

R_{s}^{0} = 0,012 - при последовательной и параллельной схемах проходки;

R_{s}^{0} = 0,014 - при совмещенной схеме проходки;

\alpha_{\text{р}} - параметр, характеризующий линейную ползучесть пород, определяемый из выражения:

\alpha_{\text{р}} = \frac{1}{1 - \frac{\chi}{\beta}} , (2)

где \frac{\chi}{\beta} - реологический показатель ползучести породы, устанавливаемый экспериментально по методике ИГТМ АН УССР <1>, а при отсутствии экспериментальных данных - принимаемый по табл. 6 Прил. 2 Руководства;

\mu - коэффициент Пуассона породы, принимаемый согласно табл. 4 Прил. 2;

\rho - средняя объемная плотность породы, т/м3, принимается согласно табл. 1 Прил. 2;

\lambda - коэффициент бокового распора породы, определяемый экспериментально, а при отсутствии экспериментальных данных - согласно п. 7 Прил. 2;

\epsilon_{\text{ко}} и \epsilon_{\text{п}} - предельные деформации крепи и породы.

<1> Усаченко В.М. Свойства пород и устойчивость горных выработок. Киев, Наукова Думка, 1979, с. 26 - 77.

3. Обобщенная предельная деформация крепи \epsilon_{\text{ко}} шахтного ствола определяется по формуле

\epsilon_{\text{ко}} = \frac{U_{0}^{*}}{r_{0}} + \epsilon_{\text{к}} , (3)

где U_{0}^{*} - радиальные смещения породных стенок незакрепленного ствола, с учетом влияния забоя, определяемые из выражения

U_{0}^{*} = U_{0}f_{3} ,

где U_{0} - начальные смещения (не превышающие величин 0,01r_{1} ) в сечении, удаленном от забоя на расстояния l \geq 4r_{1} ( r_{1} - радиус ствола вчерне), определяемые по графикам рис. 1 настоящего приложения;

f_{3} - значения корректирующей функции, учитывающей влияние забоя на смещения стенок ствола, определяемые по графику рис. 2 настоящего приложения;

r_{0} - радиус ствола в свету, м;

Рис. 1. График зависимости смещений породных стенок от глубины

в знаменателе - реологический показатель \chi/\beta

Предельную относительную деформацию горной породы \epsilon_{\text{п}} при одноосном сжатии образцов определяют экспериментально.

n_{\text{н}}^{\text{р}} = 1 + \frac{1 + 0,1(r_{0} - 3)(n_{\text{н}} - 1)}{1 + 0,1(r_{0} - 3) + \frac{P^{\text{н}} - 80}{80}} .

1. При толщине тампонажной завесы до 2 м в формуле [16 (16)] настоящих норм принимается P_{r} = 0 при отношении

2. В случае если величина заходки по креплению отличается от 4 м и марка бетона для крепи принята более М200, а также изменена толщина контактного слоя, в отличие от 0,1 м, коэффициент фильтрации бетонной крепи определяется по формуле

где k_{\text{б}}^{\lambda} - коэффициент фильтрации бетона при стандартных испытаниях, м/сут;

k_{mb}^{\lambda} - коэффициент фильтрации литого бетонного шва между заходками при стандартных испытаниях, м/сут;

\delta_{mb} - толщина шва, мм.

3. Для учета фильтрации воды через двухслойную систему "порода - бетон" коэффициент a пьезопроводности (или уровнепроводности) в напорных водах рекомендуется определять по формуле

где k - минимальный коэффициент фильтрации породы или бетона, м/сут;

n - относительная пористость породы или бетона, у которых наименьший коэффициент фильтрации n = 0,2;

E - модуль упругости породы или бетона, у которых наименьший коэффициент фильтрации, н/м2;

E_{\text{в}} - упругоемкость воды: E_{\text{в}} = 2,1 \cdot 10^{4}\text{кН}/\text{м}^{2} ;

\gamma_{\text{в}} - удельный вес воды: \gamma_{\text{в}} = 10\text{кН}/\text{м}^{3} .

4. Давление подземных вод P_{\text{г}} , кПа, на крепь вертикальной выработки в коренных породах без их тампонажа при спаренном расположении стволов следует определять по формуле

где H_{\text{е}} , k_{\text{ф}}^{\text{п}} , k_{\text{ф}}^{\text{кр}} , R(t) , r_{1} , r_{0} , n - см. формулу [15 (15)];

a - расстояние по осям между стволами.

Пример.

Найти P_{\text{г}} в точке на радиусе r_{1} .

Решение. По формуле (3) определяем

5. При неизвестном r_{1} - внешний радиус крепи - толщину бетонной крепи в случае действия гидростатического и горного давления можно определить из сравнения несущей способности такой крепи с действующими нагрузками. В первом приближении толщину крепи следует принять равной 0,5 м.

Пример. Для ствола диаметром 6 м определить необходимую толщину крепи из монолитного бетона марки М200, если: p^{\text{н}} = 200\text{кПа} , полный гидростатический напор H_{\text{е}} = 450\text{м} ; радиус депрессионной воронки R(t) = 500 м; R_{\text{пр}} = 9000\text{кПа} ; k_{\text{ф}}^{\text{кр}} = 1 \cdot 10^{- 3}\text{м}/\text{сут} ; k_{\text{ф}}^{\text{п}} = 16 \cdot 10^{- 4}\text{м}/\text{сут} .

Решение: 1) по формуле [18 (18)] настоящих норм находим несущую способность P бетонной крепи толщиной 0,5 м. Принимаем, в соответствии с главой СНиП II-21-75, m_{\text{б}_{1}} = 0,85 ; m_{\text{б}_{3}} = 1 ; m_{\text{б}_{\text{т}}} = 0,85 ; а исходя из настоящего Руководства m_{\text{у}} = 1,25 , k_{\text{р}} = 1 :

2. определяем сниженное гидростатическое давление P_{\text{г}} по формуле [15 (15)] настоящих норм:

3. для определения величины давления со стороны породного скелета находим коэффициент n_{\text{н}}^{\text{г}} по формуле [17 (17)]:

Тогда: P = 1,3 \cdot 0,8 \cdot 1,69 \cdot 200 = 351,5\text{кПа}@352\text{кПа} ;

4. сравнение несущей способности крепи с суммарной нагрузкой показывает, что

5. уменьшаем толщину крепи до 0,4 м. Исходя из этой толщины производим те же операции по определению P, P_{\text{г}} , P_{\text{п}} :

Сравниваем:

Несущая способность крепи выше действующих нагрузок на 6,7% (\frac{597 - 557}{597} 100\%) .

Учитывая большое количество коэффициентов, отражающих взаимодействие крепи и породы, неравномерность нагрузок, качество материалов, условия работы крепи, возможные перегрузки, допускать такое превышение несущей способности над нагрузками нельзя (больше 5% неэкономично).

Принимаем толщину крепи \delta = 0,35\text{м} .

Тогда:

Сравниваем: 520 < 379 + 165 = 544.

Такое неравенство вполне допустимо, так как превышение нагрузок над несущей способностью составляет всего 4,4% (\frac{544 - 520}{544} 100) и не превышает 5%. Окончательно принимаем толщину бетонной крепи равной 350 мм.

Исходные данные. Проектная глубина шахтного ствола 1100 м, диаметр в свету 8 м; ствол охраняется по Правилам охраны. Предусматривается последовательная схема проходки.

Ствол пересекает пологозалегающую (15°) слаботрещиноватую толщу пород со следующими характеристиками:

до глубины 300 м залегают аргиллиты, сопротивление сжатию которых отличается в пределах +/- 15%; k_{\text{с}} = 0,8 ; R = 340 кгс/см2 = 34 МПа;

на глубине 300 м расположен угольный пласт m = 0,8 м (R = 270 кгс/см2) и далее по глубине находится слоистая толща пород, состоящая преимущественно из песчанистого сланца общей мощностью 260 м, для которых R = 600 кгс/см2 = 60 МПа;

в пределах глубин 560 - 850 м вскрывается мощная пачка равнозернистого песчаника, колебание сопротивления сжатию которого в пределах 10 - 15%; k_{\text{с}} = 0,8 ; значения R = 1000 кгс/см2 = 100 МПа. На глубине 650 и 730 м ствол встречает водоносные горизонты с напорами соответственно H_{\text{е}_{3}} = 309\text{м} и H_{\text{е}_{2}} = 657,7\text{м} ; мощности водоносных толщ: m_{1} = 5\text{м} , m_{2} = 10\text{м} ; коэффициент пьезопроводности a = 10^{4}\text{м}^{2}/\text{сут} ; t = 11 сут; R(t) = 500 м. Коэффициенты фильтрации:

ниже 850 м расположена толща пород следующего состава:

На глубине 980 м в толще песчаника залегает глинистый сланец мощностью 1 м, имеющий следующие характеристики: сопротивление сжатию R = 40 МПа; расстояние между трещинами - менее 0,1 м; k_{\text{с}} = 0,2 ; коэффициент Пуассона \mu = 0,3 ; коэффициент бокового распора \lambda_{0} = 0,25 ; объемная (средняя) плотность слоя \gamma_{\text{п}} = 2600\text{кг}/\text{м}^{3} .

С глубины 1100 м залегает толща известняка мощностью 180 м со средним сопротивлением сжатию R = 96 МПа; k_{\text{с}} = 0,8 . Требуется рассчитать нагрузки на крепь ствола по глубине и соответствующие толщины крепи.

Решение. Согласно анализу геологической, гидрогеологической и горнотехнической обстановки, проектируемый шахтный ствол не испытывает воздействия очистных работ. Согласно п. 3.2 настоящего Руководства, ствол считается расположенным вне зоны вредного воздействия работ, и расчеты ожидаемых деформаций не производятся.

По формуле [7 (7)] Руководства осуществляется расчет устойчивости обнажений пород по глубине ствола для отдельных участков и на этой основе по величинам нагрузки на крепь устанавливаются толщины крепи.

Согласно формуле [2 (2)],

1. H_{\text{р}} = 300\text{м}

Входящие в формулу [7 (7)] коэффициенты имеют для данного участка следующие значения: k_{\text{г}} = 1 ; k_{\text{сб}} = 1 ; k_{\text{ц}} = 1 ; k_{\alpha} = 0,885 ; k_{t} = 1 .

Тогда

Согласно табл. 7 (2) настоящего Руководства, при C = 1,92 следует, что породы на этом участке находятся в устойчивом состоянии (I категория устойчивости).

Для данного участка, согласно п. 3.35 (3.25) настоящих норм, крепь ствола назначается без расчета из монолитного бетона в соответствии с табл. 8 (3), \delta_{\text{к}} = 200\text{мм} .

2. H_{\text{р}} = 650\text{м}

Расчеты показывают, что так же, как и для глубин до 300 м, на данном участке породы находятся в устойчивом состоянии, толщина крепи, согласно табл. 8 (3), из монолитного бетона для этих условий \delta_{\text{к}} = 250\text{мм} .

3. H_{\text{р}} = 655\text{м}

Прежде всего для участка водоносного горизонта определяется

а по формуле [8 (8)] настоящих норм подсчитывается коэффициент k_{\text{г}} (при h_{1} = 655\text{м} и h_{2} = 5\text{м} ):

Далее рассчитывается величина C:

По формуле [10 (10)] настоящих норм устанавливается

Так как \frac{k_{\text{ф}}^{\text{п}}}{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}} = \frac{4,2 \cdot 10^{- 4}}{15,8 \cdot 10^{- 4}} = 0,3 , что менее 4, то в формуле [(16)] P_{\text{г}} = 0 .

Следовательно, n_{\text{н}}^{\text{г}} = n_{\text{н}} , а по табл. 11 (6) настоящих норм n_{\text{н}} = 2,5 , поэтому по формуле [9 (9)] P = 1,3 x 0,8 x 2,5 x 15 x 1,1 = 42,9 кПа.

Расчетная толщина крепи из монолитного бетона марки М200 определяется по формуле [18 (18)]. Она равна

Она должна быть не менее величин, указанных в табл. 8 (3), поэтому \delta_{\text{к}} = 250\text{мм} . Производится проверка остаточного водопритока в ствол в результате возможной фильтрации воды через бетонную крепь согласно формулам [36 (22)] и [35 (21)]:

Q_{\text{ост}} = 0,2 \cdot 5 = 1\text{м}^{3}/\text{сут} , что не превышает допустимого водопритока в ствол.

4. H_{\text{р}} = 730\text{м}

Породы на данном участке находятся в устойчивом состоянии, толщина крепи ствола из монолитного бетона принимается без расчета, согласно табл. 8 (3), и равна \delta_{\text{к}} = 250\text{мм} .

5. H_{\text{р}} = 740\text{м}

Так как \frac{k_{\text{ф}}^{\text{п}}}{k_{\text{ф}}^{\text{кр}}} = \frac{79 \cdot 10^{- 4}}{15,8 \cdot 10^{- 4}} = 5 , то, согласно п. 3.46 (3.33), необходим расчет P_{\text{г}} по формуле [15 (15)]

Определяется P^{\text{н}} по формуле [10 (10)]

По формуле [9 (9)] определяется P_{\text{п}} с учетом n_{\text{н}}^{\text{г}} = 1,04 (подсчитанный по формуле [17 (17)])

Общее давление P = P_{\text{п}} + P_{\text{г}} = 448,5\text{кПа} .

Толщина бетонной крепи марки М200 по формуле [18 (18)] равна

Принимается \delta_{\text{к}} = 400\text{мм} .

6. H_{\text{р}} = 850\text{м}

Аналогично расчету п. 5 толщина крепи \delta_{\text{к}} = 400\text{мм} . При технологическом обосновании она может быть уменьшена до значения \delta_{\text{к}} = 250\text{мм} за счет повышения марки бетона.

7. Расчет параметров крепи ствола для глубины H_{\text{р}} = 980\text{м} производится отдельно. На данном участке R_{\text{с}} = 40 \cdot 0,2 = 8\text{МПа} .

Определяется критерий C

Следовательно, породы на данном участке относятся к IV категории устойчивости и нормативное давление определяется согласно Прил. 8.

Для рассматриваемых условий

\epsilon_{\text{п}} = 7,1 \cdot 10^{- 3} для значений \frac{l}{r_{0}} = \frac{3}{4} = 0,75 ; f = 0,85 (согласно Прил. 8).

Величина U_{0}^{*} = U_{0}f_{3} = 1,7 \cdot 0,85 = 1,45 , где U_{0} = 1,7\text{см} , по графикам рис. 1 Прил. 8

Нормативное давление P^{\text{н}} для пород IV категории устойчивости будет равным

Расчетное давление, согласно формуле [9 (9)], равно

Толщина бетонной крепи из марки М200 равна

Следует принять марку бетона М300 и тогда толщина крепи будет равна

Таким образом, на глубине 980 м в проекте крепления ствола надлежит предусмотреть участок с усиленной крепью толщиной 400 мм.

8. H_{\text{р}} = 1100\text{м}

На данном участке R_{\text{с}} = 38 \cdot 0,8 = 30,4\text{МПа} .

Величина

Породы относятся к III категории устойчивости [табл. 7 (2)]. Осуществляется расчет

Для участка ствола с 850 - 1100 м принимается крепь толщиной \delta_{\text{к}} = 300\text{мм} .

Проектом предусмотрено, что на глубине 1100 м в известняках закладывается сопряжение с околоствольными выработками. Схема для расчета крепи в районе сопряжения (z = 0 - 20\text{м}) приводится на рисунке настоящего приложения.

На данном участке

Породы относятся к I категории устойчивости, следовательно, допускается применение набрызгбетонной крепи. Согласно п. 3.36 (3.26), P_{\text{с}}^{\text{н}} определяется по формуле [13 (13)]:

При z = 20 P_{\text{с}}^{\text{н}} = P^{\text{н}} = 43,6\text{кПа} . P_{\text{п}} рассчитывается по формуле [9 (9)]

При z = 0

Толщина крепи по формуле [18 (18)] равна:

для z = 20

для z = 0

Максимальные расчетные значения \delta_{\text{к}} оказались более 200 мм. В связи с этим, согласно п. 3.36 (3.26), рекомендуется применить комбинированную крепь с толщиной набрызгбетона 200 мм и соответствующими указанными в п. 3.36 (3.26) анкерами.

9. В случаях, если ранее велись или планируются очистные работы в пределах предохранительного целика по угольному пласту на глубине 300 м, производится расчет ожидаемых сдвижений и деформаций околоствольного массива (с целью расчета конструктивных мер защиты ствола) в соответствии с Прил. 5.

Степень влияния очистных работ на напряженное состояние (в нагрузках на крепь) околоствольного массива в зоне опорного давления учитывается через приведенную глубину, определяемую по Прил. 7.

1. При охране выработок целиками их ширину l по собственному и надрабатывающему пластам или залежам (для углов падения до 45°) при креплении выработок жесткой крепью рекомендуется принимать по табл. 1 настоящего приложения. Данные табл. 1 корректируются умножением на коэффициент 0,8 при легкообрушаемых кровлях и 1,2 при труднообрушаемых кровлях.

При креплении выработок трехзвенной податливой крепью ширина целиков может быть уменьшена на 25%, а при креплении пятизвенной податливой крепью - на 35% по сравнению с целиками, рекомендованными в табл. 1.

Во всех случаях ширина целиков откладывается в сторону очистных работ от нормали к напластованию, проведенной через выработку (рис. 1).

При залегании пластов или залежей свыше 45° размеры целиков по надрабатывающему и собственному пласту или залежи как при креплении податливой, так и жесткой крепью уменьшаются на 30% по сравнению с целиками при углах падения \alpha менее 45°.

Размеры целиков для охраны подрабатываемых выработок определяются построением их по углам сдвижения в соответствии с действующими Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок. За границу охраняемой площади принимается контур охранного целика по собственному пласту или залежи.

Целики, оставленные для охраны выработок, при их погашении должны быть отработаны.

2. Целики для охраны капитальных выработок, закрепленных податливыми крепями, не оставляются при их расположении:

ниже разрабатываемого пласта или залежи (при надработке) - на расстояниях, более приведенных в табл. 2 для осадочных пород, и в табл. 3 - для изверженных пород. Данные табл. 3 корректируются умножением на коэффициент влияния мощности рудной залежи k_{m} , определяемый по графику рис. 2, а, где m - мощность отрабатываемой залежи;

выше разрабатываемого пласта или залежи (при подработке) на расстояниях по нормали, более приведенных в табл. 4 для осадочных пород, и в табл. 5 - для изверженных пород. Данные табл. 5 корректируются умножением на коэффициент влияния эффективной мощности рудной залежи k_{n} , где n - эффективная мощность отрабатываемой рудной залежи, определяемая при системах разработки с полным обрушением как мощность отработанной залежи, а при системах с закладкой очистного пространства - как мощность отработанной залежи, умноженная на коэффициент усадки (рис. 2, б).