Расчет конвергенции и проектирование крепи выемочных штреков

18.03.2020

Расчет конвергенции для штреков с односторонним выработанным пространством при отсутствии надработки. Конечная конвергенция. На шахтах Рурского бассейна около 60% выемочных штреков проводят с опережением лавы и поддерживают в условиях одностороннего выработанного пространства. Для таких штреков ожидаемую конечную конвергенцию KEV (в 300 м за лавой) определяют по известным показателям (глубина разработки, мощность пласта, свойства боковых пород и способ охраны выработанного пространства) согласно расчетной формуле, приведенной ранее.

Конвергенция на сопряжении штрека с лавой. В соответствии с исследованиями И. Нига, при проходе первой лавы конвергенция в выемочном штреке составляет у забоя лавы примерно одну пятую, а у торца околоштрековой полосы (или у последнего костра) две пятых общей величины конечной конвергенции (рис. 6.31). Если, например, по расчетам получают, что конечная конвергенция должна составить 40% начальной высоты штрека, то при его высоте 4 м следует ожидать на сопряжении выработки с лавой (на линии обрушения непосредственной кровли) конвергенцию, равную 0,4*40=16%, т. е. около 0,65 м. Примерно такая же конвергенция наблюдается в выемочном штреке, погашаемом после прохода первой лавы при отработке выемочного участка в обратном порядке.

Пучение почвы, представленной глинистым сланцем или другими слабыми породами, соответствует примерно двум третям величины конвергенции. Следовательно, в рассматриваемом примере почва штрека на сопряжении с лавой должна подняться на 0,4 м. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании работ на концевых участках лавы.

Представляет также интерес величина конвергенции в штреке в месте размещения передвижной участковой подстанции, т. е. примерно в 40 м за лавой. Здесь конвергенция должна составить примерно 0,6 конечной величины. Тогда при начальной высоте штрека 4 м и ожидаемой конечной конвергенции 40% следует ожидать, что конвергенция в выработке в 40 м за лавой составит около 1 м, из которого примерно 0,65 м (около двух третей) придется на пучение почвы.

Все эти соотношения справедливы только для выемочных штреков, не испытывающих существенного влияния краевых частей и не расположенных под выработанным пространством по соседним пластам. Расчеты показывают, что кривая нарастания горного давления по длине штрека, находящегося в зоне разгрузки, в результате надработки вышележащим пластом, проходит более полого по сравнению с нормальным случаем (рис. 6.32). Доля конечной конвергенции на сопряжении с лавой и в 40 м за ней должна быть соответственно меньше. В штреках же, находящихся в зонах влияния краевых частей по вышележащим пластам, эта доля больше, чем в нормальном случае. Насколько велика указанная разница, можно узнать только после выполнения расчета горного давления, так как кривые нарастания давления и конвергенции геометрически подобны.

Рассмотрим теперь конвергенцию при проходе второй лавы, исходя из ее величины, установившейся в 300 м за первой лавой. Эта конвергенция может быть иной, чем в выработке, пройденной с опережением лавы, поскольку штрек может быть пройден общим забоем с лавой или с отставанием от нее (рис. 6.33). К величине EEV при подходе второй лавы добавляется 15% (начальной высоты штрека) и в случае поддержания штрека позади нее — еще 10% (рис. 6.34).

Все приведенные здесь числовые соотношения нельзя изменить, используя обычные средства крепления штреков. Заполнение закрепного пространства твердеющими смесями и установка дополнительной анкерной крепи способствуют уменьшению конвергенции.

Расчет конвергенции для других схем проведения выемочных штреков. Для штрека с любой схемой проведения и условиями поддержания сначала рассчитывают конвергенцию Kev, т. е. конвергенцию в штреке, пройденном с опережением лавы и поддерживаемом в условиях одностороннего выработанного пространства. Если проектируется другая схема проведения, то па вычисленной конвергенции Kev определяют ожидаемую для конкретного случая величину конечной конвергенции с помощью следующих выражений: для схемы проведения и поддержания штрека ER (см. рис. 6.6) — 0,38 Kev, EV—Kev, EM—0,75 Kev, EN—0,5 Kev, ZR—(Kev+10), ZV — (Kev+25); ZM—(Kev—10), ZN—(Kev—20), KR—(Kev—10), KV—(Kev—15), KM—(Kev—5) и KN — (Kev—10). Отмеченные звездочкой величины статистически недостаточно достоверны.

Величины конечной конвергенции в штреках, пройденных с отставанием от лавы, общим с ней забоем и с опережением, относятся друг к другу как 2:3:4. С учетом этого соотношения необходимо применять указанные выражения Если проектируемый штрек намечено проводить с заполнением закрепного пространства твердеющими смесями, то вычисленную конечную конвергенцию следует уменьшить на одну треть. Такой эффект был подтвержден при экспериментальных наблюдениях в шести штреках.

Если штрек проводят общим забоем или с отставанием от лавы и с заполнением закрепного пространства, то действие снижающих конвергенцию факторов не следует суммировать; соответствующие коэффициенты подлежат перемножению.

Для штреков, пройденных вдоль угольных целиков шириной более 2 м, ожидаемую конвергенцию следует скорректировать в соответствии с шириной целика путем умножения на коэффициент Fb (рис. 6.35). Величины этого поправочного коэффициента пока еще следует считать ориентировочными, так как они были получены на основании всего лишь двух шахтных экспериментов.
Расчет конвергенции и проектирование крепи выемочных штреков

Расчет конвергенции в штреках, расположенных в надработанных зонах. Если штрек находится вне зоны надработки, конвергенцию рассчитывают одинаково по всей его длине. При проектировании специальных мер, уменьшающих конвергенцию, штрек разделяют на отдельные участки, на которых эти мероприятия должны быть осуществлены. Если над штреком находится краевая часть по вышележащему пласту, то его разделяют на участки, не испытывающие и испытывающие действие дополнительного давления. Согласно выполненным до настоящего времени исследованиям в штреках с прямоугольной формой поперечного сечения влияние краевой части вышележащего пласта ощущается на участке длиной около 70 м, считая от вертикальной проекции кромки краевой части в сторону неотработанной части пласта. Расчеты ожидаемой конвергенции производятся раздельно для каждого однородного участка штрека.

Штрек, пройденный с отставанием от лавы, в условиях влияния краевой части по вышележащему пласту ведет себя наиболее благоприятно, так как большая часть крутого нарастания давления приходится на участок перед забоем подрывки. Это положение подтверждено результатами производственных наблюдений за состоянием выемочных штреков. Следовательно, при расчетах ожидаемой конвергенции штреков, проводимых с отставанием от лавы и поддерживаемых в условиях одностороннего выработанного пространства в большинстве случаев можно не учитывать влияния краевых частей по вышележащим пластам.

Взаимное расположение очистных и подготовительных выработок, влияющее на величину горного давления. Краевые части по соседним пластам, ориентированные перпендикулярно к оси штрека. При подобной их ориентировке расчетную конвергенцию на участке штрека, находящемся в зоне влияния краевой части, увеличивают на коэффициент Fк.

Условия над- и подработки, влияние выработанных пространств и целиков по разрабатываемому пласту. Конвергенцию Kev рассчитывают по формуле, приведенной ранее. Коэффициент пригрузки B=16Ар/H. Путем умножения на коэффициент F, учитывающий схему проведения выемочного штрека (F=1 для опережающих и E=0,75 для отстающих от лавы выработок). находят искомую конечную относительную конвергенцию (от начальной высоты штрека):

Зависимости между Kev и Kerr при различных коэффициентах пригрузки В характеризуются графиком (рис. 6.36).

Уже для величины Kev отклонения в пределах ±5% начальной высоты штрека считаются допустимыми. Ширина полосы разброса покрывает в этом случае значения коэффициента пригрузки, увеличивающиеся по мере уменьшения Kev. Значения коэффициента пригрузки В соответствующие конвергенции, равной Kev±5%, приведены на графике (рис. 6.37). Расчет величины Kev без учета Ap (или соответственно В) вполне достоверен, если данный штрек в отношении Kev и В находится в пределах заштрихованной зоны.

Составляющие конвергенции и разброс их значений. Если конечная конвергенция вычислена, то по ее величине можно определить другие параметры деформирования контура поперечного сечения штрека Отнесенные к средней линии поперечного сечения (линии, соединяющей концы верхних сегментов арочной рамы) составляющие конвергенции (относительные величины опускания кровли и пучения почвы) рассчитываются в зависимости от схемы проведения штрека с использованием соответствующего коэффициента, учитывающего долю пучения почвы общей конвергенции; среднее его значение для различных схем проведения штреков (см. рис. 6.6) составляют: ER—0,74 (показатель получен по результатам обследования 10 штреков); EV—0,76 (131 штрек); EM—0,83 (4 штрека); EN—0,91 (23 штрека); ZR—0,74 (6 штреков); ZV—0,76 (22 штрека); ZM—0,33 (1 штрек); ZN—0,44 (4 штрека); KR—0,74; KV—0,76 (21 штрек); KM—0,83 (4 штрека) и KN—0,91 (5 штреков). Достаточно надежными можно считать значения коэффициента, полученные по результатам наблюдений не менее чем в 10 штреках.

Требуемую глубину подрывки почвы определяют по величине ее относительного пучения. Глубина подрывки соответствует высоте пучения почвы, если подрывка производится до уровня опор рам арочной крепи.

Разброс величин конвергенции по длине штрека S вычисляется при помощи уравнения рассеяния S = 1,55VК, где К — относительная конвергенция, %. Для расчета средней остаточной площади поперечного сечения (%) применяют формулу A = 94—1,1 К.

Разброс величин остаточной площади поперечного сечения достаточно значителен. Он имеет практическое значение лишь тогда, когда в штреке предусматривается установка громоздкого оборудования, например сланцевого заслона или дробилки, перекрывающего большую часть площади поперечного сечения выработки.

Выбор параметров крепи. Проведенные до последнего времени исследования показывают, что применение различных типов крепи оправдывается лишь до определенной степени конвергенции. Так, жесткие арочные рамы целесообразно использовать лишь в тех случаях, когда при заполнении закрепного пространства вручную можно ожидать, что конвергенция не превысит 15%.

При конвергенции, превышающей 15%, рекомендуется применять податливую арочную крепь. Требуемый удельный расход металла SA (кг/м3) зависит от ожидаемой конвергенции и условного показателя прочности пород почвы GL (рис.6.38). При механизированном заполнении закрепного пространства твердеющими смесями удельный расход металла уменьшается, так как по сравнению с забутовкой вручную конвергенция снижается на треть.

После определения требуемого удельного расхода металла можно выбрать такие параметры крепи, как площадь поперечного сечения в свету, линейная плотность спецпрофиля и расстояние между рамами.

Сопоставление расчетной и фактической конвергенции. Сопоставление расчетных данных и результатов измерений в 181 выемочном штреке, выполненных в порядке производственных наблюдений, показало, что в 92% случаев фактическая конвергенция отличалась от расчетной всего лишь на ±5%. Из остальных 8% обследованных штреков в 5% причинами повышенных отклонений явились неправильно определенные условные показатели прочности пород почвы, плохое качество около-штрековой полосы и неучтенные источники обводнения породного массива, в остальных 3% случаев фактическая конвергенция была больше или меньше расчетной из-за влияния неизвестных факторов. Для указанных 8% обследованных штреков отклонения фактических данных от расчетных нельзя было предвидеть заранее.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна