НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА
ВНИМИ

ИНСТРУКЦИЯ
ПО ВЫБОРУ РАМНЫХ ПОДАТЛИВЫХ КРЕПЕЙ
ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Издание второе, переработанное
и дополненное

С.-ПЕТЕРБУРГ

1991

Регламентирован порядок расчета и выбора крепей выработок угольных шахт, находящихся вне зоны влияния очистных работ при разработке одиночных и сближенных пологих, наклонных, крутонаклонных и крутых пластов.

В полном соответствии с настоящей Инструкцией во ВНИМИ разработана программа для ЭВМ. Входные параметры в программу для конкретных условий шахты или группы шахт должны быть согласованы техническим руководством предприятий с ВНИМИ. Пользование другими программами по данной Инструкции не разрешается.

Применение Инструкции обязательно на всех угольных шахтах. С введением ее в действие отменяется Инструкция по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок (Л.: ВНИМИ, 1986).

Ил. 34, табл. 50.

I. ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИНСТРУКЦИИ

1. Инструкция распространяется на горизонтальные и наклонные (с углом падения до 35°) выработки шириной в свету не более 6 м, сечением до 20 м², с любым расположением относительно залегания пород, при обычных способах проходки и крепления выработок, на глубине до 1200 м, при различных бесцеликовых способах охраны выработок.

В условиях, отличающихся от указанных, и в частности, при ширине выработки от 6 до 8 м, сечении более 20 м², глубине расположения свыше 1200 м и при слоевой выемке мощных пологих пластов, выбор крепи должен производиться на основании инструктивно-методических документов, а при их отсутствии - на основании рекомендаций ВНИМИ и бассейновых технологических НИИ.

2. По Инструкции крепь выбирают из расчета надежного поддержания кровли от обрушения. Мероприятия по борьбе с пучением пород в выработках следует принимать согласно разделу VIII и приложениям 1.7; 3; 4, а также на основании действующих инструктивно-методических документов и рекомендаций специализированных организаций.

3. Инструкция распространяется на крепи, соответствующие утвержденным техническим условиям. Применение других, в том числе новых крепей до утверждения условий допускается по согласованию с ИГД им. А.А. Скочинского.

Примечание. Инструкция составлена на основании СНиП II-94-80 «Подземные горные выработки» (М.: Стройиздат, 1982); «Руководства по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи» (М.: Стройиздат, 1983); «Указаний по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР» (Л.: ВНИМИ, 1985) и «Прогрессивных паспортов крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок при бесцеликовой технологии отработки угольных пластов» (Л.: ВНИМИ, 1985).

При пользовании Инструкцией необходимо соблюдать требования по технологии возведения крепи выработок, изложенные в «Отраслевой инструкции по применению рамных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт» (М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1985).

II. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4. Порядок выбора размеров сечений и расчета параметров крепи для конкретной горной выработки следующий:

а) выбирают размеры расчетного поперечного сечения выработки в свету, учитывая требования по условиям транспорта, вентиляции, водоотлива и общие компоновочные решения;

б) приближенно определяют размеры поперечного сечения выработки в проходке с учетом толщины и податливости крепи и толщины забутовочного материала. Для этого увеличивают принятые размеры поперечного сечения выработки в свету на 0,6 м по ширине и на 0,5 м по высоте;

в) рассчитывают ожидаемые смещения пород дифференцированно в кровле, боках и почве выработки с учетом влияния геологических и горно-технических факторов. Методика расчета изложена далее;

г) по величине максимальных смещений пород на контуре выработки определяют нормативную и расчётную нагрузки на крепь, выбирают ее тип, конструкцию и с учетом сопротивления рамной крепи рассчитывают плотность установки;

д) если смещения породы почвы более допустимой величины по технологическим требованиям, то необходимы мероприятия по уменьшению смещений пород (подрывка, обратный свод, анкерование, упрочнение пород, разгрузка массива и т.п.);

е) с учетом расчетных смещений пород и плотности установки крепи, а также дополнительных мероприятий по уменьшению смещений пород определяют податливость крепи Δ и окончательно устанавливают необходимые размеры сечения выработки в проходке путем увеличения размеров в свету на значение Δ;

ж) по типовым проектам выработок с учетом требуемых размеров в свету и в проходке выбирают наиболее близкое сечение выработки.

5. Глубину расположения выработки от поверхности Н принимают равной фактическому значению. Для наклонных выработок параметр Н принимают по участкам при изменении глубины на 50 м.

6. Расчетное сопротивление сжатию слоев пород в массиве определяют с учетом нарушенности массива по формуле:

R_с = Rk_c,                                                                 (1)

где R - среднее значение сопротивления пород одноосному сжатию в образце, устанавливаемое по результатам испытаний при естественной влажности пород, а для обводненных пород - по результатам испытаний образцов во влажном состоянии. (При определении прочности пород с помощью коэффициента крепости по М.М. Протодьяконову f пересчет в МПа производят по формуле: R = 10f. Формула справедлива при f ≥ 3); k_с - коэффициент, учитывающий нарушенность массива пород.

Значения k_с определяют в зависимости от тектонической нарушенность места их расположения в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

При определении R_с для выработок, расположенных в пластичных глинистых и в многолетнемерзлых породах, следует принимать k_с = 1.

7. В случае длительной технологической обводненности сухих выработок (например, затопление) сопротивление пород сжатию снижают для песчаников, алевролитов и аргиллитов соответственно на 20, 40 и 50 %.

8. Расчетное сопротивление пород сжатию R_с определяют с учетом вмещающих выработку слоев (пластов), залегающих на расстояниях от контура сечения выработки в кровле 1,5b, в почве 1b (b - ширина выработки, м), а в боках при пологом и наклонном падении по высоте выработки, при крутонаклонном и крутом - на расстоянии 1b (рис. 1).

Усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию определяют по формуле:

                                           (2)

где ,...,  - расчетное сопротивление слоев пород сжатию, МПа;

m₁ ,..., m_n - мощность слоев пород, м.

Для выработок, проведенных по напластованию в условиях пологих и наклонных пластов и вкрест напластования при любом залегании, R_с.cp определяют по формуле (2) для кровли с охватом пород по вертикальной линии 1-2, для почвы - по линии 3-4, для боков - с усреднением по линиям 5-6 и 7-8 (см. рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы к определению расчетного сопротивления пород сжатию:

а - пологое и наклонное, б - крутонаклонное и крутое падение

Для выработок, проведенных по напластованию в условиях крутонаклонного и крутого падения пластов, R_с.cp определяют также по формуле (2) с охватом пород для кровли по линиям 1-2 и 1'-2', для почвы 3-4 и 3'-4', для боков по линиям 2-5 и 3-6 или 2'-5' и 3'-6' для каждой стороны выработки отдельно (см. рис. 1, б).

Примечания: а. Если в кровле или почве выработки залегает слой однородных пород мощностью 2 м и более, то расчет производят по фактической прочности этих слоев без учета пород, расположенных выше (в кровле) или ниже (в почве) этого слоя.

б. В случаях резкого изменения литологического состава пород кровли (в зонах размывов) необходимо расчет их смещений производить с учетом изменившейся прочности согласно п. 8.

в. При больших разбросах значений m и R_с, приводимых в структурно-геологических колонках, необходимо принимать средние значения, если невозможно их уточнить.

9. Расчетное сопротивление пород сжатию по длине выработки определяют исходя из ее разделения на участки с учетом требований:

к одному участку относят все пересекаемые выработкой слои (пласты) мощностью более 0,5 м, значения R_с которых колеблются в пределах до 30 %; для этого участка R_с.ср определяют по формуле (2);

при объединении смежных участков, значения R_с.ср которых отличаются более чем на 30 %, R_с.ср объединенного участка следует принимать по наименьшему значению R_с.ср объединяемых участков.

10. Для выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, дополнительно определяют расчетное сопротивление пород сжатию R_с.ср, как средневзвешенное из вычисленных значений R_с по формуле (2) для кровли и почвы (по линии 1-2-3-4 для условий пологого и наклонного падения - см. рис. 1, а и по линиям 1-2-3-4 и 1'-2'-3'-4' для условий крутонаклонного и крутого падения - см. рис. 1, б).

III. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАМНОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ В ВЫРАБОТКАХ ВНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ

Полевые и пластовые выработки

11. Основную рамную податливую крепь незамкнутой формы в горных выработках выбирают по величинам расчетных смещений пород кровли U_о.кр, оцениваемых на основании расчетного сопротивления пород кровли сжатию R_с.кр. Выбор основной рамной податливой замкнутой крепи с обратным сводом производят по наибольшей величине смещений пород кровли, почвы или боков, U_кр, U_пч, U_б, оцениваемых по расчетному сопротивлению пород сжатию R_с.кр, R_с.пч или R_с.б.

Выбор средств усиления основной крепи производят по величинам максимальных смещений пород кровли и почвы за весь срок службы выработки на основании средневзвешенных значений расчетного сопротивления сжатию пород кровли и почвы R_с.cp (см. п. 10).

Определение смещений пород на контуре выработки^*

______________

^* Для горно-геологических и горно-технических условий, не учитываемых графиками U = f(R_с, H), оценивать смещения пород, скорости смещений пород и другие геомеханические параметры следует путем экстраполяции графиков по согласованию с ВНИМИ.

12. Смещения пород кровли, почвы или боков в горизонтальных и наклонных выработках, поддерживаемых вне влияния очистных работ (соответственно U_о.кр, U_о.пч, U_о.б), рассчитывают по формулам:

                                                      (3)

где U_т.кр, U_т.пч, U_т.б - смещения пород, определяемые по графикам (рис. 2) в зависимости от расчетного значения R_с пород кровли, почвы или каждого из боков и глубины расположения выработки Н^**;

______________

^** Общие смещения пород кровли и почвы U_общ = U_o.кр + U_о.пч

k_α - коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки относительно напластования пород, определяемый по табл. 2;

k_θ - коэффициент, характеризующий влияние направления смещения пород; для боковых смещений пород k_θ принимают по табл. 2;

Рис. 2. Графики для определения типового смещения пород

Таблица 2

k_ш - коэффициент влияния ширины выработки, определяемый для кровли и почвы по формулам (4), а для боков - (5).

k_ш = 0,2(b - 1),                                                        (4)

k_ш = 0,2(h - 1),                                                       (5)

где b, h - соответственно ширина и высота выработки в проходке (в метрах);

k_в - коэффициент воздействия других выработок, для одиночных выработок принимают k_в = 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 вскрывающих выработок k_в = 1, если расстояние между параллельными выработками, определяемое по формуле (6), исключает их взаимное влияние.

L_д ≥ (b₁ + b₂)k_L,                                                        (6)

где (b₁ + b₂) - суммарная ширина взаимовлияющих выработок в проходке, м;

k_L - коэффициент, определяемый по табл. 3.

Таблица 3

Примечания: а. В числителе k_L для выработок с α до 35°, в знаменателе - при α свыше 35°.

б. Для выработок 2-й группы (см. табл. 2) коэффициент k_L принимают как среднее между значениями 1 и 3-й групп.

в. При промежуточных значениях расчетного сопротивления пород сжатию R_с.ср величину k_L получают путем интерполяции.

г. Для наклонных выработок k_t принимают как для горизонтальных 1-й группы.

Если фактическое расстояние между параллельными выработками L_ф менее L_д, то величину коэффициента k_в для параллельных выработок определяют по формуле:

k_в = L_д/L_ф,                                                               (7)

где L_д - расстояние между параллельными выработками, исключающее их взаимное влияние.

Формула (7) справедлива при L_ф > 12 м на глубинах до 600 м и L_ф ≥ 20 м глубже 600 м. Участок влияния сопрягающихся выработок в каждую сторону от сопряжения принимают равным L_д/2, но не более 15 м.

Для подготавливающих выработок k_в = 1.

Коэффициент влияния времени на смещения пород k_t для условий t < 15 лет при H/R_с.ср = 20 - 60 определяют по графику (рис. 3). При t ≥ 15 лет и других значениях H/R_с.ср коэффициент k_t = 1.

Рис. 3. График для определения k_t.

Определение расчетной нагрузки на рамную податливую крепь

13. Расчетную нагрузку Р на 1 м выработки со стороны кровли и почвы определяют по формуле (8), а со стороны боков - (9):

P = P^н k_п k_пр b,                                                              (8)

Р = P^н k_п k_пр h,                                                              (9)

где Р^н - нормативная удельная нагрузка, определяемая по табл. 4 в зависимости от смещений пород и ширины выработки в проходке. Для незамкнутой крепи Р^н находят по смещениям пород кровли, для замкнутой с обратным сводом - по наибольшей величине смещений пород из кровли, почвы или боков.

Промежуточные величины в табл. 4 (U, мм; b, м; Р^н, кПа) определяют интерполяцией ближайших значений.

Коэффициент k_п характеризует перегрузку и степень надежности, принимается для вскрывающих выработок по табл. 5, а для подготавливающих - равным 1; k_пр - коэффициент влияния способа проведения выработок, при комбайновом способе принимается по табл. 6, а при буровзрывном, смешанном, а также при проведении выработки по обрушенным породам выработанного пространства любым способом - равным 1; b - ширина выработки в проходке; h - высота выработки, м.

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Выбор типа крепи и ее сопротивления

14. Тип крепи выбирают по прил. 1 на основании ширины выработки с учетом состояния пород ее кровли. При устойчивых кровлях предпочтительнее крепь с плоскими (прямолинейными) верхняками, при неустойчивых - с верхняками арочной формы.

Для выбранной крепи находят величину ее сопротивления в податливом режиме N_s в зависимости от типа принятого замкового соединения.

Выбор плотности установки крепи

15. Плотность n установки рам металлической податливой, железобетонной податливой, смешанной и деревянной крепей на 1 м длины выработки находят делением расчетной нагрузки Р на сопротивление одной рамы крепи N_s:

n ≥ P/N_s.                                                              (10)

Паспортную плотность установки крепи принимают по ближайшему значению n в ряду: 0,8; 1,0; 1,1; 1,25; 1,33; 1,43; 1,67; 2,0; 2,25; 2,5; 2,67; 3,0; 4,0.

16. Предельной плотностью металлической податливой рамной крепи рекомендуется считать 3 рамы/м, а деревянной, сборной железобетонной и смешанной крепей - 4 рамы/м. При n > 2 рам/м крепь необходимо выбирать с учетом снижения смещений пород за счет дополнительных мер по активному управлению горным давлением (установка средств усиления крепи, дополнительное анкерование кровли, тампонаж закрепного пространства, цементация вмещающих пород, отсечное торпедирование и др.).

Меры по активному управлению горным давлением допустимы при любой расчетной плотности установки крепи.

Выбор металлической крепи по податливости

17. Металлическую крепь выбирают по податливости в выработках пологих и наклонных пластов на основании расчетных смещений пород кровли:

при плотности установки крепи (принятой по п. 15) не более 1 рамы/м, ее податливость принимают из условия (11):

Δ ≥ U_кр,                                                             (11)

где Δ - конструктивная податливость крепи, мм (см. прил. 1);

U_кр - расчетные смещения пород кровли, мм (см. п. 12);

если плотность установки крепи, принятая по п. 15, превышает 1 раму/м, а также если используют дополнительные средства усиления, то податливость крепи принимают менее расчетных смещений пород кровли из условия Δ ≥ U_крk_ос (при установке в выработке только основной крепи);

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус (при установке в выработке основной крепи и средств ее усиления);

Δ ≥ U_кр k_ос k_анк (при одновременной установке рамной и анкерной крепи), где k_oc, k_yc, k_анк - коэффициенты (см. табл. 7, 8, 9), выбираемые в зависимости от плотности установки рамной крепи, средств усиления или анкерной крепи.

Примечания: а. Проверка деревянной, сборной железобетонной податливой и смешанной крепей на податливость не производится.

б. Требования к проверке металлической крепи на податливость в выработках крутонаклонных и крутых пластов изложены в разд. V.

в. При проверке крепи на податливость допускаются отклонения в величинах смещений пород на 10 %.

Таблица 7

Основная крепь

Таблица 8

Средства усиления основной крепи

Таблица 9

Анкерная крепь

Выработки, проводимые по обрушенным породам выработанного пространства

18. При проведении выработок по обрушенным слеживающимся породам выработанного пространства смещения пород рассчитывают по формулам (3), при этом смещения пород почвы уменьшают в 1,5 раза. Если выработки проводятся по исслеживающимся породам, то смещения пород кровли увеличивают в 1,5 раза, а почвы - уменьшают вдвое.

Расчетную нагрузку на крепь выработки определяют по п. 13. Тип крепи и плотность установки рам выбирают по пп. 14 и 15. Металлическую крепь по податливости выбирают в соответствии с п. 17.

IV. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАМНОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТАХ

Выработки, погашаемые за очистным забоем

19. Порядок расчета параметров крепи для подготовительных выработок, погашаемых за очистным забоем, следующий:

а) выбирают основную крепь на основании расчета смещений пород кровли U_о.кр вне зоны влияния очистных работ по п. 12 и расчета нагрузки на основную крепь по величине U_о.кр в соответствии с п. 13. Сопротивление крепи и плотность установки рам основной крепи определяют по пп. 14 и 15;

б) выбирают средства усиления крепи на основании смещений пород кровли выработок, определяемых по следующим формулам для выработок:

одиночной лавы

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к,                                                  (12)

спаренных лав с отставанием второй лавы от первой не более 20 м

U_кр = U_о.кр + 1,3U₁ k_кр k_s k_к,                                              (13)

где U_о.кр - смещения пород кровли выработки (мм) в период ее службы вне влияния очистных работ, определяемые по формуле (3);

U₁ - смещения пород (мм) в зоне временного опорного давления очистного забоя, определяемые по графику рис. 4.;

k_кр - коэффициент влияния класса кровли по обрушаемости, указанный в табл. 10;

k_s - коэффициент, учитывающий влияние площади сечения выработки в свету до осадки, определяемый по табл. 11;

k_к - коэффициент, характеризующий долю смещений пород кровли в общих смещениях пород в выработках, определяемый по графикам рис. 5.

Суммарную нагрузку на крепь за весь срок службы определяют (см. п. 13) по величине U_кр. Количество средств усиления на 1 м выработки n₁ находят из выражения:

Рис. 4. Смещения пород в зоне временного опорного давления очистного забоя

Таблица 10

Таблица 11

п₁ ≥ (Р₁ - nN_s)/N_s1, но не менее п₁ = 0,5n,                                 (14)

где Р₁ - суммарная нагрузка на крепь, кН/м;

n и N_s - соответственно плотность установки и сопротивление одной рамы основной крепи;

N_s1 - сопротивление средств усиления (крепей усиления, гидравлических стоек, металлических стоек трения, деревянных стоек, промежуточных рам основной крепи, рам стропильной крепи, анкерной крепи - см. прил. 1, п. 6);

в) средства усиления крепи в погашаемых выработках устанавливают перед очистным забоем на расстоянии, указанном в табл. 12.

Рис. 5. Графики для определения коэффициента k_к:

а - для пологого и наклонного, б - для крутого и крутонаклонного падения

Таблица 12

Примечание. В благоприятных геологических условиях расстояние от очистного забоя, на котором устанавливают средства усиления крепи, может быть уменьшено по согласованию с ВНИМИ.

Выработки, проводимые вприсечку к выработанному пространству

20. Порядок расчета параметров крепи этих выработок следующий:

а) основную крепь при проведении присечной выработки выбирают на основании расчета смещений пород вне влияния подготавливаемой лавы, определяемых по формуле (15), и расчета нагрузки на основную крепь по величине U'_о.кр в соответствии с п. 13.

U'_о.кр = (U'_пр + 2υ'₀) k' k_s k_к,                                                (15)

где U'_пр - смещения пород (мм) при проведении выработок вприсечку к выработанному пространству в типовых условиях (рис. 6);

k_s, k_к - см. п. 19;

υ'₀ - средняя скорость смещения пород (мм/мес) в течение двух месяцев после прохода забоя присечной выработки, при которой реализуются основные смещения пород кровли (рис. 7);

Рис. 6. Смещения пород в присечных выработках вне зоны влияния собственного очистного забоя

k' - коэффициент, учитывающий влияние места расположения присечной выработки относительно границы выработанного пространства, принимаемый при определении смещений кровли равным 1,0 для полной присечки и 0,7 при оставлении полосы угля шириной 2 - 4 м, а при определении боковых смещений пород равным 1,0 для полной присечки и 1,5 при оставлении полосы угля шириной 2 - 4 м.

Рис. 7. Скорость смешения пород в присечных выработках вне зоны влияния собственного очистного забоя

Тип крепи и плотность установки рам выбирают по пп. 14 и 15;

б) выбор средств усиления и проверка основной металлической рамной крепи по податливости зависят от смещений пород U'_кр в присечной выработке за весь срок эксплуатации:

U'_кр = U'_о.кр + U'₁k_крk_sk_кk',                                              (16)

где U'₁ - смещения пород (мм) в присечной выработке в зоне влияния временного опорного давления очистного забоя (рис. 8);

Рис. 8. Смещения пород в присечных выработках в зоне влияния собственного очистного забоя

в) плотность средств усиления впереди забоя лавы рассчитывают по формуле (14);

г) металлическую рамную крепь по податливости выбирают в соответствии с п. 17 по величине U'_кр;

д) средства усиления крепи устанавливают впереди очистного забоя на расстоянии, указанном в табл. 13.

Таблица 13

Выработки, сохраняемые для повторного использования

21. Порядок расчета параметров крепи для этих выработок следующий:

а) выбирают основную крепь при проведении повторно используемой выработки на основании расчета смещений пород кровли U_о.кр, определяемых по п. 12, и расчета нагрузки на основную крепь по величине U_о.кр в соответствии с п. 13. Сопротивление крепи и плотность установки рам основной крепи принимают по пп. 14 и 15;

б) выбирают средства усиления крепи впереди забоя первой лавы на основании смещений пород U_кр, определяемых по формуле (12).

Количество средств усиления крепи на 1 м выработки определяют по формуле (14), см. п. 19. Средства усиления перед забоем первой лавы устанавливают на расстояниях l₁, указанных в табл. 14;

Таблица 14

Примечание: размеры l₂, приведенные в табл. 14. являются минимальными, при необходимости можно увеличивать бел согласования с ВНИМИ.

в) выбирают средства усиления крепи позади забоя первой лавы на основании расчета смещений пород в выработке, сохраняемой для повторного использования за весь срок ее службы, по формуле:

U_кр = U_о.кр + (2U₁k_к + mk_охрk_t1)k_крk_s,                                        (17)

где U_о.кр - см. п. 12;

U₁, k_к, k_кр, k_s - см. п. 19;

m - вынимаемая мощность пласта, мм;

k_охр - коэффициент, учитывающий влияние податливости искусственных ограждений и принимаемый равным: 0,2 - для органной крепи, 0,15 - для железобетонных тумб; 0,1 - для литых полос из быстротвердеющих материалов (ангидрит, фосфогипс, бетон и др.); 0,2 - для породных полос, выкладываемых с помощью пневмозакладочных комплексов; 0,3 - для бутокостров, костров из шпального бруса и сплошных накатных костров; 0,4 - для породных полос, выкладываемых вручную, и костров из круглого леса. При наличии легкообрушающихся пород кровли и их обрушении с помощью ряда органной крепи, устанавливаемой в выработке, коэффициент k_охр = 0,1;

k_t1 - коэффициент влияния времени поддержания выработки между отработкой первого и второго очистного забоев, принимаемый по табл. 15.

Таблица 15

Суммарную нагрузку на крепь за весь срок службы повторно используемой выработки Р₂ определяют согласно п. 13 по величине общих смещений пород кровли из формулы (17). Количество средств усиления на 1 м выработки определяют по формуле:

п₂ ≥ (P₂ - nN_s)/N_s2,                                                      (18)

где n - плотность установки основной крепи;

n₂ - плотность установки средств усиления крепи позади забоя первой и перед забоем второй лав;

N_s, N_s2 - соответственно сопротивление основной крепи и средств усиления крепи позади забоя первой и перед забоем второй лав, кН (см. прил. 1).

Средства усиления крепи позади забоя первой лавы и впереди второй устанавливают соответственно на расстояниях l₂ и l₃ (см. табл. 14);

г) выбор металлической рамной крепи по податливости производят в соответствии с п. 17 по величине U_кр, определяемой по формуле (17) с учетом плотности средств усиления, устанавливаемых перед второй лавой. В случае U_кр > Δ необходимо принимать крепь с большей податливостью или увеличивать плотность средств усиления крепи.

Спаренные выработки, погашаемые с одновременным извлечением целика угля^*

______________

^* Крепь в спаренных выработках, погашаемых после отработки первой лавы, выбирают к соответствии с п. 19.

22. Порядок расчета параметров крепи для подготовительной спаренной выработки, погашаемой с одновременным извлечением целика угля, следующий:

а) основную крепь при проведении выработки выбирают на основании расчета смещений пород кровли, определяемых по п. 12, и расчета нагрузки на основную крепь по величине U_о.кр в соответствии с п. 13. Сопротивление крепи и плотность установки рам основной крепи выбирают по пп. 14 и 15.

Рис. 9. Номограмма для определения U₁^ц

б) средства усиления крепи в спаренной выработке, охраняемой временным целиком, выбирают на основании расчета смещений пород за весь срок службы выработки по формуле:

U_кр = U_о.кр + [U₁^ц (1 + k_u) + ΔU₁^ц] k_кр k_s k_к,                                 (19)

где U_о.кр - смещения пород кровли выработки (мм) в период поддержания ее вне влияния очистных работ (по п. 12);

U₁^ц - смещения пород (мм) в выработке за период влияния временного опорного давления первой лавы, устанавливаемые по номограмме (рис. 9) в соответствии с шириной целика (табл. 16);

ΔU₁^ц - смещения пород (мм) позади забоя первой лавы, определяемые по номограмме (рис. 10);

k_ц - коэффициент влияния второго очистного забоя, устанавливаемый в зависимости от ширины целика угля по табл. 17.

Таблица 16

Таблица 17

Суммарную нагрузку на крепь за весь срок службы находят согласно п. 13 по величине U_кp - см. формулу (19). Количество средств усиления на 1 м выработки определяют из выражения (14), см. п. 19:

в) Крепь усиления в спаренных выработках, охраняемых временными целиками угля, необходимо устанавливать впереди очистного забоя на расстояниях согласно табл. 18.

г) Металлическую крепь по податливости выбирают согласно п. 17 по общим смещениям пород, см. формулу (19).

Таблица 18

Рис. 10. Номограмма для определения ΔU₁^ц

Спаренные выработки, разделенные породной полосой, возводимой во время проходки, и используемые при отработке второй лавы

23. Порядок расчета параметров крепи для спаренной выработки, сохраняемой с помощью односторонней породной полосы, выкладываемой с применением пневмозакладочных комплексов, следующий:

а) выбирают основную крепь спаренной выработки на основании расчета смещений пород кровли, определяемых для случая проведения спаренных выработок одиночными забоями по п. 12, а для случая проведения спаренных выработок общим забоем по пласту угля - по формуле U_о.кр = 0,2mk_s. Нагрузки на основную крепь рассчитывают по величине U_о.кр в соответствии с п. 13.

Сопротивление крепи и плотность установки рам основной крепи получают по пп. 14 и 15;

б) выбирают средства усиления крепи в спаренной выработке при отработке первой лавы на основании расчета смещений пород U_кр, определяемых по формулам (20) или (21):

при проведении спаренных выработок одиночными забоями

U_кр = U_о.кр + (0,2m + 0,8U₁k_крk_к)k_s;                                        (20)

общим забоем по углю

U_кр = (0,2m + 0,8U₁k_кk_кр)k_s,                                             (21)

где U_о.кр - см. п. 12, U₁, k_к, k_кр, k_s - см. п. 19, m - см. п. 21.

Суммарную нагрузку на крепь и средства ее усиления рассчитывают по п. 13 по величине U_кр, см. формулы (20) или (21).

Количество средств усиления крепи на 1 м выработки определяют по формуле (14), см. п. 19;

в) расстояние между спаренными выработками, проводимыми одиночными забоями, и ширину разгрузочной полосы при проходке спаренных выработок общим забоем по пласту угля следует принимать равными не менее 20 м при глубине разработки Н до 300 м, не менее 30 м при Н = 300 - 600 м, не менее 40 м при глубине более 600 м;

г) средства дополнительного усиления крепи в спаренной выработке при отработке второй лавы выбирают на основании расчета смещений пород за весь срок службы выработки по формулам (22) или (23):

при проведении спаренных выработок одиночными забоями

U_кр = U_о.кр + (1,8U₁ k_кр k_к + 0,36m) k_s,                                      (22)

общим забоем по пласту угля

U_кр = (1,8U₁ k_кр k_к + 0,36m) k_s,                                          (23)

где m - см. п. 21.

Суммарную нагрузку на крепь и средства усиления при отработке второй лавы определяют согласно п. 13 по величинам U_кр - см. формулы (22) или (23). Количество средств усиления крепи на 1 м выработки находят по формуле (18), см. п. 21;

д) металлическую рамную крепь по податливости выбирают в соответствии с п. 17 по смещениям пород кровли U_кр - см. формулы (22), (23).

24. Основную крепь в спаренных выработках, погашаемых после отработки первой лавы, выбирают на основании п. 23, а, средства усиления - по расчету смещений пород из выражений:

U_кр = U_о.кр + (0,2m + U₁ k_к k_кр) k_s -                                      (24)

при проведении спаренных выработок одиночными забоями;

U_кр = (0,2т + U₁ k_к k_кр) k_s -                                            (25)

общим забоем по углю.

Выработки, проводимые (оформляемые) за очистным забоем

25. К проводимым (оформляемым) за очистным забоем относятся выработки, имеющие следующее расположение:

на границе с массивом угля;

в выработанном пространстве на расстоянии, равном ширине односторонней породной полосы;

в выработанном пространстве с выкладкой двусторонних двойных бутовых полос;

вприсечку к выработанному пространству ранее отработанного смежного выемочного столба (с частичным использованием охраняемой выработки);

при сплошной присечке;

при оставлении полосы угля шириной 2 - 4 м;

вплотную к изолирующей полосе.

Порядок расчета параметров крепи для выработок, оформляемых за очистным забоем в выработанном пространстве на расстояниях 5 м (при индивидуальной крепи в очистной выработке), 8 м (при механизированной крепи) и 11 м (при выемке угля стругами) следующий:

а) выбирают основную крепь при оформлении выработки за очистным забоем в общем случае на основании расчета смещений пород кровли по формуле:

U_кр = k_охpmk_s,                                                         (26)

а для случая охраны выработки двойными двусторонними бутовыми полосами

U_кр = 0,32mk_s,                                                       (27)

где m - вынимаемая мощность пласта, м;

k_охр - см. п. 21;

k_s - см. табл. 11, и расчета нагрузки на основную крепь по величинам U_кр, определяемым по формулам (26) или (27) в соответствии с п. 13. Сопротивление крепи и плотность установки рам основной крепи выбирают по пп. 14 и 15;

в) выбирают металлическую рамную крепь по податливости в соответствии с п. 17 по величине U_кр - см. формулы (26), (27).

Выработки, проводимые (оформляемые) за очистным забоем и сохраняемые для повторного использования^*

______________

^* Для выработок, проводимых при сплошной системе с опережением очистного забоя на 50 - 100 м, параметры крепи находят как для сохраняемых с целью повторного использования, согласно п. 21.

26. Порядок расчета параметров крепи для выработок, проводимых (оформляемых) позади очистного забоя и в дальнейшем сохраняемых для повторного использования, следующий:

а) выбирают основную крепь на основании расчета U_кр по формуле (26) и расчета нагрузки на основную крепь по величине U_кр в соответствии с п. 13. Сопротивление крепи и плотность установки рам основной крепи выбирают по пп. 14 и 15;

б) выбирают средства усиления крепи (промежуточные рамы, стойки усиления) на основании расчета смещений пород кровли по формуле:

U_кр = (k_охрm + U₂k_крk_к)k_s,                                                    (28)

k_охр - см. п. 21;

m - вынимаемая мощность пласта, м;

k_кр - по табл. 10;

k_s - по табл. 11;

k_к - см. рис. 5;

U₂ = U₁ - см. рис. 4.

Расчет суммарной нагрузки выполняют согласно п. 13 по величине U_кр - см. формулу (28). Плотность дополнительной крепи или средств усиления основной крепи определяют по формуле (14);

в) выбирают металлическую рамную крепь по податливости в соответствии с п. 17 по величине смещений пород U_кр - см. формулу (28).

V. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАМНОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ В ВЫРАБОТКАХ НА КРУТОНАКЛОННЫХ И КРУТЫХ ПЛАСТАХ

Основные исходные данные для расчета параметров крепи определяют в соответствии с разд. II.

Выработки, не подверженные влиянию очистных работ

27. Основную крепь, устанавливаемую при проведении выработки, выбирают на основании расчетных смещений пород в кровле, почве и боках выработки в соответствии с разд. III в следующем порядке:

а) по формулам (3) определяют смещения пород отдельно в кровле U_о.кр, почве U_о.пч и боках U_о.б выработки. Входящую в формулы (3) величину типового смещения пород U_т.кр, U_т.пч, U_т.б находят из графиков (см. рис. 2) по вычисленным ранее (см. разд. II, п. 8) значениям расчетного сопротивления пород сжатию R_с.кр, R_с.пч, R_с.б соответственно в кровле, почве и боках выработки (преимущественно висячего бока);

б) по табл. 4 находят нормативную нагрузку Р^н. При этом расчетное смещение пород U, по которому определяют Р^н, оценивают из выражения:

                                                     (29)

где U_о.кр, U_о.вис.б - вычисляют по формулам (3), причем U_т.б принимают по графику (см. рис. 1) по величине R_с.б, вычисленной по формуле (2) применительно к висячему боку пласта;

в) по формуле (8) находят расчетную нагрузку Р на 1 м выработки;

г) по найденному значению Р и сопротивлению N_s крепи, выбранной по прил. 1, по формуле (10) определяют расчетную плотность n установки рам крепи. Паспортную плотность принимают в соответствии с п. 15 по ближайшему расчетному значению n;

д) металлическую рамную крепь по податливости выбирают из условий (30):

Δ ≥ 0,7U_общk_ос (при установке в выработке только основной крепи):

Δ ≥ 0,7U_общk_осk_ус (то же, основной крепи и средств ее усиления);

Δ ≥ 0,7U_общk_осk_усk_анк (при одновременной установке рамной и анкерной крепей);

где Δ - конструктивная податливость крепи, мм; k_ос, k_ус, k_анк - коэффициенты влияния плотности крепи и средств ее усиления, определяемые по табл. 7, 8, 9.

Если данная крепь не удовлетворяет условию (30), то необходимо выбрать крепь с большей податливостью или увеличить паспортную плотность установки основной крепи, или предусмотреть средства усиления крепи.

Выработки, погашаемые за очистным забоем

28. Порядок расчета параметров крепи следующий:

а) выбирают тип и плотность основной крепи, устанавливаемой при проведении выработки, аналогично выбору крепи выработок, не подверженных влиянию очистных работ, т.е. в соответствии с п. 27;

б) выбирают средства усиления в зоне влияния очистных работ на основании общих смещений пород U_кр в кровле выработки за весь срок ее службы, определяемых по формуле:

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр  k_s  k'_α  k_к,                                          (31)

где U_о.кр - см. п. 27, U₁ - смещения пород в кровле и почве выработки в зоне влияния временного опорного давления впереди очистного забоя, мм (рис. 11), k_кр - см. табл. 10, k_s - см. табл. 11, k'_α - коэффициент влияния угла падения, принимаемый равным 1 при α > 55° и 1,2 - при α < 55°, k_к - см. рис. 5, б.

По вычисленному значению U_кр находят нормативную нагрузку Р^н (см. табл. 4) и затем по формуле (8) - суммарную расчетную нагрузку Р на 1 м выработки. После этого по найденному значению Р, известным параметрам основной крепи n и N_s и паспортному сопротивлению N_s1 выбранных средств усиления (см. п. 6 прил. 1) из формулы (14) находят необходимую плотность п₁ средств усиления крепи;

в) средства усиления крепи устанавливают впереди очистного забоя на расстояниях, приведенных в табл. 12 - (см. п. 19);

г) выбирают металлическую рамную крепь по податливости в соответствии с условием (30) на основании расчета смещений пород кровли и почвы по формуле:

U_общ = U_о.кр + U_о.пч + U₁ k_кр k_s k'_α.                                           (32)

Рис. 11. Смещения пород за период влияния временного опорного давления очистного забоя

Выработки, проводимые впереди очистного забоя и сохраняемые за ним на весь срок службы выемочного участка

29. Порядок расчета параметров крепи следующий:

а) определяют тип и плотность основной крепи, устанавливаемой при проведении выработки, и параметры средств усиления крепи впереди очистного забоя в соответствии с положениями пп. 27 и 28;

б) выбирают средства усиления крепи за очистным забоем на основании смещений пород U_кр, определяемых по формуле:

U_кр = U_о.кр + (U₁k_к + mk'_охр)k_кр k_s k'_α,                                       (33)

где U_о.кр, U₁ - см. пп. 27, 28; m - вынимаемая мощность пласта, м; k'_охр - коэффициент влияния средств охраны, указанный в табл. 19.

Таблица 19

По величине U_кр формулы (33) согласно п. 13 определяют нормативную и расчетную нагрузки, а затем из формулы (18) по известным значениям n, N_s и выбранному N_s2 находят плотность n₂;

в) расстояния, на которых устанавливают средства усиления крепи впереди l₁ и позади l₂ очистного забоя, выбирают согласно табл. 14;

г) выбирают металлическую рамную крепь по податливости в соответствии с п. 27 по формуле (30), причем U_общ принимают из выражения:

U_общ = U_о.кр + U_о.пч + (U₁ + mk'_охр + υ₁t₁)k_крk_sk'_α.                                (34)

В формуле (35) U_о.кр, U_о.пч - смещения пород, определяемые согласно п. 27 по формулам (3), k_кр, k_s, k'_α - см. п. 28; υ₁ - скорость смещения пород позади очистного забоя за зоной его интенсивного влияния, мм/мес (рис. 12); t₁ - время поддержания выработки за очистным забоем до погашения, мес.

Рис. 12. Скорость смещений пород позади очистного забоя

Выработки, проводимые впереди очистного забоя и сохраняемые за ним для повторного использования при отработке нижнего этажа (подэтажа)

30. Порядок расчета параметров крепи следующий: а) выбирают тип и плотность основной крепи, устанавливаемой при проходке выработок, в соответствии с п. 27;

б) выбирают средства усиления крепи впереди и позади забоя первой лавы в соответствии с пп. 28, 29;

в) то же, впереди забоя второй лавы по формуле (18) на основании смещений пород, рассчитываемых по формуле:

U_кр = U_о.кр + (2U₁k_к + m k'_охр) k_кр k_s k'_α,                                         (35)

(обозначения - см. пп. 27 - 28);

г) протяженность участков установки средств усиления крепи определяют по табл. 14;

д) выбирают металлическую рамную крепь по податливости, пользуясь выражением (30), исходя из смещений пород U_общ, рассчитываемых по формуле:

U_общ = U_о.кр + U_о.пч + (2U₁ + mk'_охр + υ₁t₁) k_кр k_s k'_α,                           (36)

(обозначения по пп. 27 - 29);

Выработки, проводимые вприсечку к выработанному пространству

31. Порядок расчета параметров крепи следующий:

а) выбирают тип и плотность установки основной крепи при проведении присечной выработки (на расстоянии не менее 100 м за забоем действующей лавы и спустя не менее 6 мес после ее прохода) на основании смещений пород кровли, рассчитываемых по формуле:

U'_о.кр = (U'_пр + 2υ'₀) k' k_s k'_α k_к,                                               (37)

где U'_пр - смещения пород в присечных выработках, мм (рис. 13);

υ'₀ - скорость смещения пород кровли (мм/мес) при проведении выработок в течение 2 мес, определяемая по графикам (рис. 14);

k' - коэффициент влияния места заложения присечной выработки (см. п. 20);

k_к - см. рис. 5, б;

k'_α - см. п. 25;

k_s - см. табл. 11.

По величине U'_о.кр согласно п. 13 определяют нормативную и расчетную нагрузки на 1 м выработки. Затем в соответствии с пп. 14, 15 выбирают тип, сопротивление N_s и плотность установки n основной крепи;

б) выбирают средства усиления крепи согласно п. 19 на основании смещений пород U'_кр кровли за весь срок службы выработки, рассчитываемых по формуле:

U'_кр = U'_о.кр + U'₁ k_к k_кр k_s k'_α k',                                         (38)

где U'₁ = U₁ (см. рис. 11).

Количество средств усиления определяют по формуле (14) - см. п. 19;

в) выбирают металлическую рамную крепь по податливости, пользуясь условием (30), исходя из общих смещений пород, рассчитываемых из выражения:

Рис. 13. Смещения пород за период влияния проходческого забоя в присечной выработке

Рис. 14. Скорости смещений пород кровли в присечных выработках

U'_oбщ = U'_o.кр + U'_o.пч + [υ'₀(t - 2) + U'₁] k_кр k' k_s k'_α.                           (39)

При этом U'_o.пч определяют из выражения:

U'_o.пч = (U'_пр + 2υ'₀) (1 - k_к) k' k_s k'_α;                                                    (40)

г) протяженность участка установки средств усиления крепи принимают по табл. 13.

Выработки, проводимые (оформляемые) за очистным забоем

32. Порядок расчета параметров крепи следующий:

а) выбирают основную крепь в выработках (вентиляционных штреках), проводимых за очистным забоем и поддерживаемых в выработанном пространстве бутовыми полосами или кострами, на основании смещений пород кровли, определяемых по формуле:

U_кр = m' k'_охр k_s k'_α,                                                      (41)

где k'_охр - для бутовых полос равен 0,15, для костров из круглого леса 0,2 (см. табл. 19);

m - высота выкладываемой бутовой полосы или костров, мм;

k_s - см. табл. 11;

k'_α - см. п. 28.

По найденному значению U_кр из табл. 4 находят нормативную нагрузку Р^н, по формуле (8) определяют расчетную нагрузку на 1 м выработки и в соответствии с пп. 14, 15 выбирают тип, сопротивление и паспортную плотность установки рам крепи;

б) выбирают металлическую рамную крепь по податливости по условию (30) на основании смещений пород, рассчитываемых по формуле:

U_общ = (m'k'_охр + υ₂t) k_s k'_α,                                            (42)

где υ₂ - скорость смещения пород в выработанном пространстве, мм/мес (рис. 15);

t - срок службы выработки, мес.

Рис. 15. Скорость смещений пород в выработке позади забоя лавы на вентиляционном горизонте

Если условие (30) не удовлетворяется, то необходимо применить крепь с большей податливостью или увеличить плотность основной крепи и средств ее усиления.

Выработки, проводимые по завалу впереди очистного забоя и поддерживаемые в выработанном пространстве

33. Порядок расчета параметров крепи следующий:

а) выбирают основную крепь в выработках (вентиляционных штреках), проводимых по обрушенным породам (завалу) в выработанном пространстве впереди очистного забоя, по смещениям пород U_о.кр и U_о.вис.б, получаемым из формулы (3), на основании которых из выражения (29) вычисляют расчетное смещение U. Расчетную нагрузку на крепь выработки определяют по формуле (8), при этом нормативную нагрузку Р^н принимают согласно табл. 4 по величинам 1,5U. Дальнейший выбор типа и плотности основной крепи производят в соответствии с пп. 14 и 15;

в) выбирают средства усиления крепи (стойки, промежуточные рамы или др. - см. п. 6 прил. 1) на основании смещений пород U_кр, определяемых по формуле:

U_кр = 1,5U_о.кр + (U₁ + υ₂t) k_к k_кр k_s k'_α,                                     (43)

где U_о.кр - см. п. 27, U₁ - см. рис. 11, k_к - см. рис. 5, б; k_кр, k_s, k'_α - см. п. 28.

По величине U_кр определяют суммарную нагрузку на крепь и по формуле (14) - плотность установки средств усиления основной крепи;

в) выбирают металлическую рамную крепь по податливости по условию (30) на основании расчета смещений пород кровли и почвы по формуле:

U_общ = 1,5U_о.кр + 0,5U_о.пч + (U₁ + υ₂t) k_кр k_s k'_α,                           (44)

где t - срок службы выработки, мес;

υ₂ - скорость смещения пород на вентиляционном горизонте, мм/мес (см. рис. 15).

Требования к крепи

34. Во всех перечисленных в пп. 27 - 33 случаях в качестве основной рекомендуется крепь, обладающая податливостью в вертикальном и горизонтальном направлениях. Этому требованию в наибольшей степени отвечают четырехзвенные крепи типа КМП-А4 (прил. 1). При отсутствии указанной допускается применять другие крепи с направленной податливостью или трехзвенную крепь КМП-А3.

VI. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАМНОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ В ВЫРАБОТКАХ, ПРОВОДИМЫХ В РАЗГРУЖЕННЫХ ЗОНАХ, ПОД ИЛИ НАД КРАЕВЫМИ ЧАСТЯМИ И ЦЕЛИКАМИ УГЛЯ^*

______________

^* Для надрабатываемых или подрабатываемых выработок на одновременно разрабатываемых сближенных пластах крепи следует выбирать по согласованию с ВНИМИ.

35. Порядок расчета параметров крепи для подготовительных выработок, проводимых и поддерживаемых в зонах, разгруженных надработкой или подработкой смежными пластами, следующий:

а) выбирают основную крепь в выработках при их проходке на основании расчета смешений пород по формулам, приведенным в разд. III - V с уменьшением значений в 1,25 раза:

б) выбирают средства усиления крепи в выработках и проверяют металлическую рамную крепь по податливости на основании смещений пород, рассчитываемых по соответствующим формулам разд. III - V и уменьшенных в 1,25 раза.

36. Порядок расчета параметров крепи для подготовительных выработок, проводимых и поддерживаемых под (над) краевыми частями вышележащих или нижележащих пластов, следующий:

сначала выбирают крепь, устанавливаемую в выработке при проходке вне зоны повышенного горного давления (ПГД), в соответствии с требованиями разд. III - V. Затем, получив характеристику податливости крепи, устанавливаемой при проходке вне зоны ПГД, приступают к определению коэффициента k_од, характеризующего увеличение смещений пород за счет концентрации напряжений в зонах повышенного горного давления (см. п. 38);

затем выбирают основную крепь и средства ее усиления по формулам разд. III - V, умножая правую часть выражений на k_од;

б) проверяют металлическую рамную крепь по податливости на основании смещений пород, рассчитываемых по формулам (см. разд. III - V) с учетом коэффициента k_од.

37. Основную крепь и средства ее усиления для подготовительных выработок, проводимых и поддерживаемых под (над) целиками угля, оставляемыми в вышележащих (нижележащих) пластах, выбирают также на основании расчета смещений пород по формулам, приведенным в разд. III - V с учетом коэффициента k_од.

38. Коэффициент k_од для условий отработки тонких и средней мощности сближенных пластов любого залегания определяют с использованием табл. 20 - 23.

Таблица 20

Таблица 21

Таблица 22

Таблица 23

Примечание. При L₀ < b_ц < 2L₀ расчет k_од следует согласовать с ВНИМИ.

Для определения k_од необходимо знать параметры: L₀ - размер зоны вредного влияния опорного давления от очистных работ (м), принимаемый по табл. 24, 25, h_н, h_п - соответственно расстояние по нормали от выработки до вышележащего (нижележащего) пласта, м; h_б.н - безопасную глубину надработки, м (табл. 26, 27); h_б.п - безопасную высоту подработки, м (табл. 28 и 29).

Значения h_{б.п.табл} принимают из табл. 29.

Таблица 24

Примечание. Значения L_0.табл принимают из табл. 25; Δ - см. прил. 1.

Таблица 25

Таблица 26

Коэффициент k_од находят следующим образом:

а) определяют параметры расположения выработки под вышележащим или нижележащим пластом на участках расположении выработки под (над) краевой частью пласта или под (над) целиком, т.е. параметры h_н; h_п;

б) определяют значения h_б.н или h_б.п в метрах по табл. 26 - 29;

Таблица 27

Таблица 28

Таблица 29

в) вычисляют отношения h_н/h_б.н, h_п/h_б.п, или h_н/1,5h_б.н, h_п/1,5h_б.п;

г) определяют коэффициент k_од по табл. 20 - 23.

При необходимости проверки размера целика b_ц определяют величину L₀ по табл. 24, 25.

VII. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАМНОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК, ПРОВОДИМЫХ В СЛАБЫХ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОДАХ

39. Положения данного раздела распространяются на выработки, проводимые и поддерживаемые в слабых неустойчивых песчано-глинистых и глинистых породах, склонных к незатухающим смещениям, на одиночно разрабатываемых пластах вне зоны и в зоне влияния очистных работ в условиях Подмосковного бассейна, ПО «Александрияуголь», ПО «Павлоградуголь» и подобных. К таким выработкам относятся:

поддерживаемые в массиве угля как одиночные;

то же, впереди очистных забоев и погашаемые за ними;

проводимые вприсечку к выработанному пространству (присечные).

Выработки вне влияния очистных работ

40. Смещения пород кровли в выработках, поддерживаемых в массиве угля вне влияния очистных работ, определяют в зависимости от срока их службы по формуле:

U_о.кр = [U_пр + 12υ (t - 1)] k_s k_в,                                           (45)

где U_пр - смещения пород кровли, мм, за первый год поддержания выработки в типовых условиях, за которые приняты: проходка в направлении напластования, сечение в свету 10 м² при ширине 4 м; U_пр определяют по графикам рис. 16, а, б соответственно для глубин до и более 200 м; υ - установившаяся скорость смещений пород, мм/мес, при их естественной влажности, определяемая для каменноугольных месторождений по графикам рис. 17 а, б, для буроугольных - по графику рис. 18.

Для обводненных пород типа глин, каолинита и бурого угля скорость υ, определенную по рис. 18, следует увеличить в два раза; t - срок службы выработки, лет; k_s - см. по табл. 11; k_б - по п. 12.

41. Смещения пород почвы U_о.пч и боков выработки U_о.б определяют аналогично смещению кровли по формуле (45).

42. Расчетную нагрузку на 1 м протяженности выработки со стороны кровли (почвы) и боков находят соответственно по формулам:

Рис. 16. Смещения пород кровли за первый год поддержания выработки на глубинах:

а - до 200 м, б - 200 - 700 м

Р = b Р^н или Р = h P^н.                                                  (46)

где b, h - ширина и высота выработки, м;

Р^н - нормативная удельная нагрузка на крепь (см. табл. 4).

Рис. 17. Скорость смещения пород месторождений на глубинах:

а - каменноугольных, до 200 м, б - 200 - 700 м

43. Тип и сопротивление крепи выбирают по прил. 1, а плотность ее установки - в соответствии с п. 15.

44. Расчет параметров и выбор рамной крепи выработок, примыкающих к очистным забоям и охраняемых от очистных работ целиками угля размером не менее указанных в табл. 30 для каменноугольных месторождений и в табл. 31 для буроугольных, производят как для одиночных выработок, поддерживаемых в массиве угля вне влияния очистных работ (пп. 40 - 43).

Рис. 18. Скорость смещения пород v буроугольных месторождений на глубине до 200 м

Таблица 30

Таблица 31

Примечания: 1) в числителе - при естественной влажности пород, в знаменателе - в обводненных породах; 2) при труднообрушающейся кровле предельными следует считать размеры целиков, увеличенные на 20 %; 3) при прочности угля, вдвое и более превышающей прочность вмещающих пород, и оставлении в кровле и почве выработок защитной пачки угля, в качестве предельных необходимо принимать размеры целиков, уменьшенные на 20 %; 4) предусматривается, что при погашении выработок целики угля извлекают.

Выработки, погашаемые за очистным забоем

45. Параметры для выработок, погашаемых за очистным забоем, рассчитывают в следующем порядке:

а) выбирают основную крепь, устанавливаемую в выработке, впоследствии погашаемой за очистным забоем, по результатам расчета смещений пород кровли вне зоны влияния очистных работ согласно п. 44 и расчета нагрузки на основную крепь по величине U_о.кр - см. (45) в соответствии с п. 13;

б) выбирают средства усиления основной крепи согласно п. 19 на основании смещений пород кровли выработки, определяемых по формуле:

U_кр = U_о.кр + U_1.кр k_s,                                                       (47)

где U_о.кр - см. п. 40, U_1.кр - смещения пород кровли, мм, в зоне временного опорного давления очистного забоя, определяемые по графику рис. 19, а, б.

Суммарную нагрузку на крепь за весь срок службы выработки определяют согласно п. 13 по величине U_кр, рассчитанной по формуле (47). Количество средств усиления крепи принимают по формуле (14) - см. п. 19;

в) суммарные смещения пород почвы U_пч или боков U_б за весь срок службы выработок определяют аналогично по формуле (47);

г) выбирают металлическую арочную крепь по податливости согласно п. 17 по величине U_кр - см. формулу (47).

Присечные выработки

46. Порядок расчета параметров крепи для присечных выработок следующий:

а) выбирают основную крепь, устанавливаемую в присечной выработке в процессе проходки, на основании смещений пород кровли U'_о.кр вне зоны влияния собственной лавы, определяемых по формуле:

U'_о.кр = [U'_о.кр1 + 12υ'₀ (t₀ - 1)] k_s,                                         (48)

где U'_о.кр1 - смещения пород кровли, мм, в присечной выработке за первый год ее службы, определяемые по графикам рис. 20, а, б;

υ'₀ - скорость смещения пород кровли, мм/мес, в присечной выработке, определяемая по графикам рис. 21, а, б;

t₀ - срок службы выработки до влияния очистных работ собственной лавы, лет.

Примечание. Не рекомендуется поддерживать выработки до начала очистных работ более двух лет, включая время их проведения.

Рис. 19. Смещения пород кровли в зоне временного опорного давления очистного забоя на глубинах:

а - до 200 м, б - 200 - 700 м

Нагрузку на основную крепь рассчитывают по величине U'_о.кр - см. (48), в соответствии с п. 13 и прил. 1;

б) выбирают средства усиления основной крепи согласно п. 19, на основании смещений пород кровли, определяемых за весь срок службы выработок с учетом влияния очистных работ по формуле:

U'_кр = U'_о.кр + U'_1.кр k_s,                                                    (49)

Рис. 20. Смещения пород кровли в присечной выработке за первый год ее службы на глубинах:

а - до 200 м, б - 200 - 700 м

где U'_о.кр - см. (48);

U'_1.кр - смещения пород, мм, в присечной выработке в зоне влияния очистных работ, определяемые по графикам рис. 22, а, б соответственно для глубин до и более 200 м;

k_s - см. табл. 11.

Рис. 21. Скорость смещения пород кровли в присечной выработке на глубинах:

а - до 200 м, б - 200 - 700 м

Суммарная нагрузка на крепь за весь срок службы присечной выработки определяется согласно п. 13 по величине U'_кр, рассчитанной по формуле (49). Количество средств усиления основной крепи получают по формуле (14), см. п. 19.

Рис. 22. Смещения пород кровли в приречной выработке в зоне влияния очистных работ на глубинах:

а - до 200 м, б - 200 - 700 м

VIII. РАСЧЕТ СМЕЩЕНИЙ ПОРОД ПРИ АКТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ВЫРАБОТКАХ

47. К способам активного управления горным давлением относятся: усиление основной крепи дополнительными крепежными конструкциями в зонах влияния очистных работ (в зонах l₁, l₂, l₃); упрочнение пород кровли анкерами при одновременной установке основной крепи; скважинная разгрузка; щелевая или взрывощелевая разгрузка пород в боках или подошве горной выработки; активная разгрузка с последующим упрочнением пород (АРПУ); отсечное торпедирование или гидромикроторпедирование трудно-обрушающихся пород кровли вдоль выработки; химическое упрочнение пород, проведение выработок под защитой разгрузочных конпенсационных полос или выработок.

Область применения указанных способов управления горным давлением в выработках приведена в прил. 1, п. 7, а примеры расчета смещений пород и выбора крепи - в прил. 4.

48. Расчет смещений пород в выработках при использовании в качестве средств усиления основной крепи стоек трения, гидростоек, крепей усиления, промежуточных рам крепи изложен в разд. IV - VII. Все средства усиления основной крепи используют в зонах влияния очистных работ, т.е. в зонах l₁, l₂, l₃, размеры которых применительно к конкретным выработкам приведены в разд. IV - VII. Значения сопротивления средств усиления крепи - см. прил. 1, п. 6.

49. Расчет смещений пород в присечных и повторно используемых выработках при упрочнении кровли анкерами производят для случая одновременной установки основной рамной и вспомогательной анкерной крепи. Параметры анкерного крепления: 0,8 - 1 анкер/м, по ширине выработки, длина анкеров - по расчету согласно бассейновым нормативам.

В этом случае в расчетные формулы по определению смещений пород в выработках (см. разд. IV - VII) следует вводить в качестве сомножителя величину коэффициента уменьшения (увеличения) смещений пород k_акт.

Выделяют два случая: если выработку поддерживают вплоть до погашения без установки средств усиления основной крепи в зонах l₁, l₂, l₃, то коэффициент k_акт умножают на всю величину расчетных смещений, по которой и выбирают основную крепь. Если в выработке возможна установка дополнительных средств усиления в зонах l₁, l₂ и l₃, то коэффициент k_акт умножают только на параметр U_о.кр, а выбор основной крепи в этом случае производят по величине (U_о.крk_акт). Значения k_акт принимают из табл. 32.

Таблица 32

50. В случае применения в выработках скважинной разгрузки при расчете смещений пород в расчетные формулы (см. разд. III - VII) следует вводить в качестве сомножителя коэффициент k_акт, принимаемый из табл. 33.

Таблица 33

51. Если в выработках применяется щелевая разгрузка, то при расчете смещений пород в расчетные формулы (см. разд. III - VII) следует вводить в качестве сомножителя коэффициент k_акт, принимаемый из табл. 34.

52. В случае применения в выработках взрывощелевой разгрузки при расчете смещений пород в расчетные формулы (см. разд. III - VII) следует вводить в качестве сомножителя коэффициент k_акт, принимаемый из табл. 35.

53. Если в одиночных выработках вне зоны влияния очистных работ применяется способ активной разгрузки с последующим упрочнением пород (АРПУ), то при расчете смещений пород в расчетные формулы разд. III следует вводить в качестве сомножителя коэффициент k_акт, равный для кровли 1,0, для почвы - 0,25, для U_общ - 0,6.

Таблица 34

Таблица 35

54. Для выработок, в которых применяют отсечное торпедирование (ОТ) или гидромикроторпедирование (ГМТ), при расчете суммарных смещений пород кровли и почвы в расчетные формулы (см. разд. IV - V) следует вводить в качестве сомножителя коэффициент k_акт, равный 0,45 при диапазоне 0,1 - 0,5, при расчете смещений почвы - равный 0,35, а при расчете смещений кровли - 0,55.

В зависимости от горно-геологических условий коэффициент k_акт следует корректировать согласно табл. 36.

Таблица 36

55. Для выработок, в которых применяют способы химического упрочнения пород почвы, при расчете их смещений в расчетные формулы (см. разд. III - VII) следует вводить в качестве сомножителя k_акт = 0,7.

56. Для выработок, проводимых вне зоны влияния очистных работ в слабых неустойчивых породах, при использовании компенсационных полостей (разгрузочных выработок) в расчетные формулы разд. VII следует вводить в качестве сомножителя коэффициент k_акт = 0,5 - 0,6 при расположении компенсационной полости в боках выработки, 0,25 - 0,33 при расположении компенсационной полости в виде разгрузочной выработки над охраняемой выработкой при 5 м < h < 15 м, где h - расстояние между разгрузочной и охраняемой выработкой, и k_акт = 0,2 при компенсационной полости в виде разгрузочной выработки, вдоль которой с одной стороны выработанное пространство (h = 20 м).

Порядок выбора способа активного управления горным давлением в подготовительных выработках

57. Способы активного управления горным давлением следует применять в следующих случаях:

по расчету плотность металлической арочной крепи с замками типа ЗПК превышает 2,0 рамы/м;

при n < 2,0 рам/м величина пучения пород в рельсовых выработках превышает 200 мм, а в конвейерных 500 мм.

58. Область целесообразного применения способов активного управления, механическим состоянием горного массива, обеспечивающих повышение устойчивости горных выработок (анкерование, цементация, химическое упрочнение) для конкретных способов охраны выработок приведена в табл. 37.

59. Область целесообразного применения способов активного управления горным давлением, обеспечивающих уменьшение пучения пород в выработках (скважинная, щелевая, взрывощелевая разгрузка, способ АРПУ, компенсационные полости) для конкретных случаев охраны выработок приведена в табл. 38.

Таблица 37

Таблица 38

Примечание. Применение способов разгрузки в породах с прочностью менее указанной в табл. 38 не обеспечивает надлежащего эффекта, а в породах с прочностью больше указанной а табл. 38 - нецелесообразно экономически и технически.

60. На пластах с труднообрушающейся кровлей и пучащей почвой наиболее эффективны способы отсечного торпедирования (ОТ) или гидромикроторпедирования (ГМТ).

Отсечное торпедирование эффективно при мощности основной кровли менее 12 м, а именно в следующих условиях: породы непосредственной кровли обрушаются вслед за подвиганием очистного забоя, их мощность вдвое меньше, чем пласта, а прочность менее 40 МПа. Породы основной кровли (мощностью более четырех мощностей пласта и прочностью более 80 МПа) зависают над выработанным пространством блоками с пролетом более 12 м.

Гидромикроторпедирование рекомендуется в следующих условиях:

породы непосредственной кровли мощностью до 1 м легко обрушаются и не склонны к размоканию. Породы основной кровли мощностью более четырех мощностей пласта и прочностью более 80 МПа, зависают над выработанным пространством блоками с пролетом менее 12 м.

Приложение 1

ХАРАКТЕРИСТИКА РАМНЫХ ПОДАТЛИВЫХ КРЕПЕЙ

1. ПЕРЕЧЕНЬ РАМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕПЕЙ

2. ПАРАМЕТРЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДАТЛИВЫХ КРЕПЕЙ

Примечания: 1. Конструктивная вертикальная податливость крепи: в числителе - с плоской планкой и ЗСД; в знаменателе - с замками ЗПК и ОЗШ.

2. Для крепей КМП-А5 первое, второе и третье значения конструктивной податливости относятся к крепи с дополнительной стойкой длиной соответственно 700, 900, 1200 мм.

3. Данные о сопротивлении крепей в податливом режиме представлены ДонУГИ и НИИОГР (замки ЗПК).

Назначение и область применения металлических податливых крепей

2.1. Арочная трехзвенная крепь КМП-А3 предназначена для крепления горизонтальных и наклонных одно- и двухпутевых выработок, проводимых в породах любой прочности вне зоны, а также в зоне влияния очистных работ, со смещением кровли до 300 - 400 мм, при отсутствии значительного бокового давления и пучения почвы, в основном с продолжительным сроком службы (более двух лет), при углах падения пластов до 35°.

2.2. Арочная пятизвенная крепь КМП-А5 предназначена для выработок, подверженных влиянию очистных работ, со значительным смещением пород кровли (до 1000 мм). Не рекомендуется применять крепь КМП-А5 в условиях воздействия на нее агрессивных вод.

2.3. Незамкнутая арочная четырехзвенная крепь КМП-А4 предназначена для крепления горизонтальных и наклонных подготовительных выработок преимущественно двухпутевого сечения, с продолжительным сроком службы (более двух лет), расположенных вне зоны и в зоне активного влияния очистных работ при ожидаемом опускании кровли до 600 мм и сближении боков выработки до 400 мм, а также при сравнительно небольшом пучении пород почвы, на пластах мощностью до 3,5 м, при углах падения пласта до 35° на глубинах свыше 900 м.

2.4. Замкнутая четырехзвенная крепь КМП-А4 предназначена для крепления выработок согласно п. 2.3, но при наличии пучащих пород в почве.

2.5. Кольцевая крепь КМП-К4 (КМП-К6) предназначена для крепления горизонтальных и наклонных одно- и двухпутевых выработок, проводимых в слабых горных породах вне зоны и в зоне влияния очистных работ, при значительном всестороннем горном давлении или пучащих породах в почве, в основном с продолжительным сроком службы (более двух лет).

2.6. Металлические трапециевидные (прямоугольные) податливые крепи КМП-Т(П) предназначены для крепления горизонтальных и наклонных выработок, преимущественно примыкающих к выемочному участку и подверженных активному влиянию очистных работ, при ожидаемом опускании пород кровли до 600 мм, а также отсутствии значительного бокового давления и пучения пород почвы при углах падения пластов до 18° и мощности от 1,2 до 3,5 м.

3. ПАРАМЕТРЫ ПОДАТЛИВЫХ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КРЕПЕЙ (ПО ДАННЫМ ИГД ИМ. А.А. СКОЧИНСКОГО)

Назначение и область применения железобетонных податливых крепей

3.1. Арочная крепь ПНИУИ предназначена для выработок со сроком службы более двух лет при смещении боковых пород до 100 мм и при наличии устойчивых пород почвы.

3.2. Кольцевая крепь типа ЖК конструкции ПНИУИ предназначена для горизонтальных и наклонных выработок со сроком службы более трех лет, проводимых вне зоны влияния очистных работ в слабых породах со всесторонним горным давлением при наличии пучащих пород почвы.

3.3. Трапециевидная крепь КЖТ конструкции КНИУИ предназначена для крепления горизонтальных и наклонных (до 15°) выработок с площадью сечения в свету до 8 м², проводимых в устойчивых и средней устойчивости породах при отсутствии значительного пучения пород почвы, со сроком службы более двух лет. При больших сечениях выработок железобетонный верхняк заменяется металлическим из спецпрофилей СВП-22 или СВП-27.

4. ПАРАМЕТРЫ СМЕШАННОЙ КРЕПИ (ПО ДАННЫМ КУЗНИУИ)

Примечание. Смешанная крепь состоит из деревянных стоек и металлического верхняка.

Назначение и область применения рамной смешанной и комбинированной крепей

4.1. Железобетонная податливая крепь (тип СП-2 конструкции ИГД им. А.А. Скочинского) предназначена для крепления горизонтальных и наклонных (до 25°) выработок, проводимых вне зоны и в зоне влияния очистных работ, в устойчивых и средней устойчивости породах с боковым давлением до 0,5 МПа (5 тс/м²) и при отсутствии значительного пучения пород почвы выработок, в основном с продолжительным сроком службы (более двух лет).

4.2. Железобетонная арочная податливая крепь (тип АП конструкции НИИОГР) предназначена для крепления горизонтальных и наклонных (до 25°) горных выработок, подверженных влиянию очистных работ, пройденных в породах средней устойчивости и неустойчивых, с вертикальным горным давлением до 1,0 МПа (10 тс/м²) при отсутствии пучения пород в почве выработки, в основном с продолжительным сроком службы (более двух лет).

4.3. Железобетонная арочная податливая крепь (типа КЖК-У конструкции КНИУИ) предназначена для крепления горизонтальных и наклонных (до 25°) горных выработок, подверженных влиянию очистных работ, проведенных в устойчивых и средней устойчивости породах при отсутствии пучения пород в почве выработки, в основном с продолжительным сроком службы (более двух лет).

4.4. Смешанная крепь из металлических верхняков и деревянных стоек предназначена для крепления горизонтальных и наклонных выработок, проводимых по пологим и наклонным пластам как вне зон, так и в зонах влияния очистных работ при расчетных смещениях пород кровли до 200 мм, при отсутствии пучения почвы.

Областью применения смешанной крепи являются конвейерные, вентиляционные и промежуточные штреки, наклонные выемочные выработки, а также участковые уклоны, бремсберги и ходки. Допустимо применять такую крепь для участковых квершлагов и других породных выработок при S_св до 8 м и сроке их службы до трех лет.

В условиях крутонаклонных и крутых пластов допустимо использовать смешанную крепь в конвейерных и промежуточных штреках. Для этих условий рекомендуется как обычная смешанная крепь, так и конструкция, состоящая из металлического верхняка, одной деревянной и одной металлической податливых стоек.

4.5. Комбинированная крепь, представляющая собой сочетание анкерной и рамной металлической, железобетонной, смешанной или деревянной крепей, предназначена для горизонтальных и наклонных горных выработок в недостаточно устойчивых породах, где анкерная крепь в самостоятельном виде не обеспечивает устойчивость выработок.

5. ПАРАМЕТРЫ ДЕРЕВЯННОЙ КРЕПИ

Назначение и область применения деревянной крепи

5.1. Рамные крепи служат для подготовительных выработок, проводимых как вне зон, так и в зонах влияния очистных работ, с кратким сроком службы (до трех лет) в условиях небольших (до 150 - 200 мм) смещений пород, при сечении выработок в свету от 3,7 до 12,5 м².

5.2. Основная конструкция деревянной крепи - трапециевидная (реже прямоугольная) может быть неполной (без лежня), полной (с лежнем), усиленной (со средней стойкой или с подкосами).

Деревянные рамы усиленной конструкции применяют при большой ширине выработки или в условиях повышенного горного давления.

5.3. Наклонные выработки крепят преимущественно прямоугольными рамами и лишь при малых углах наклона (до 25°) - трапециевидными. Чтобы повысить устойчивость крепи и предохранить рамы от смещения по падению, вдоль выработки устанавливают распорки между рамами. В выработках с углом наклона до 20° распорки между соседними рамами ставят у кровли, при 20 - 30° - у кровли и почвы.

В уклонах, бремсбергах и других наклонных выработках крепежные рамы устанавливают перпендикулярно почве выработки. Если породы кровли или почвы склонны к смещению (вниз по падению), то рамы устанавливают с наклоном 5 - 10° вверх по восстанию, т.е. в сторону, противоположную направлению сдвижения пород.

При креплении наклонных выработок особенной тщательности требует расклинивание рам.

6. ПАРАМЕТРЫ СРЕДСТВ УСИЛЕНИЯ КРЕПИ

7. ПАРАМЕТРЫ СПОСОБОВ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

7.1. Скважинная разгрузка

7.1.1. Разгрузку пород скважинами применяют в одиночных выработках вне зоны влияния очистных работ, а также в погашаемых за первым очистным забоем, присечных и повторно используемых выработках.

Разгрузочные скважины бурят по угольному пласту в одной горизонтальной плоскости длиной 8 - 10 м, диаметром 250 - 400 мм с расстоянием между ними 0,8 - 1,0 диаметра скважины.

7.1.2. Разгрузочные скважины на пластах мощностью свыше 1,2 м бурят по методу многорядного расположения скважин. Их диаметр 200 - 300 мм. Количество промежуточных рядов скважин зависит от мощности угольного пласта. Расстояние между скважинами двух соседних рядов в проекции на горизонтальную ось должно составлять 300 - 500 мм.

7.1.3. На гидрорудниках разгрузочные скважины бурят на расстоянии не более 10 м от забоя выработки. Параметры способа: диаметр скважин 500 мм, длина 4 - 5 м, расстояние между ними 0,6 - 1,0 м.

7.1.4. На газообильных шахтах разгрузочные скважины необходимо уплотнять мочевино-формальдегидной смолой изопеной или тиксотропной заполняющей массой, состоящей из активированного бетонита, цемента и воды.

7.1.5. Для расширения области применения присечных выработок производят разгрузку массива угля впереди очистного забоя в погашаемой выработке по следующей схеме: разгрузочные скважины диаметром 200 - 300 мм бурят в боках погашаемой выработки по углю в обе стороны. При этом со стороны будущей присечной выработки глубину скважины принимают больше на величину ее ширины.

7.2. Щелевая разгрузка

7.2.1. Щелевую разгрузку применяют в одиночных выработках, находящихся вне зоны влияния очистных работ, а также в погашаемых за первым очистным забоем, присечных и повторно используемых выработках. В случае применения щелевой разгрузки в боках выработки целесообразно проводить щели с обеих ее сторон.

Длину щели l_щ необходимо принимать равной 2/3 ширины выработки. В условиях Донбасса принимают l_щ = 2,5 м, высоту щели h_щ - равной 60 - 70 мм.

7.2.2. При щелевой разгрузке в подошве выработки, например, с помощью врубовой машины «Урал-33» нарезают одну щель глубиной 1,8 м. Область применения способа: породы с сопротивлением одноосному сжатию 40 - 60 МПа. В случае проведения парных щелей их следует располагать от стенки на расстоянии (0,125 - 0,166)b, где b - ширина выработки, м. Оптимальная длина парных щелей l_щ = 1/3b, т.е. 1,3 - 1,9 м. Если в почве под пачкой слабых пород залегает толща устойчивых, то щели нарезают до контакта с устойчивой породой.

7.3. Взрывощелевая разгрузка (ВЩР)

7.3.1. Взрывощелевую разгрузку применяют в одиночных выработках, находящихся вне зоны влияния очистных работ, а также в погашаемых позади первого очистного забоя, присечных, повторно используемых и оформляемых позади очистного забоя.

7.3.2. Область применения для капитальных и подготовительных выработок, находящихся вне влияния очистных работ:

0,5 < γH/R_с < 0,8.

Параметры способа: l_щ = (0,5 - 0,75)b, расстояние между шпурами l = 0,2l_щ, заряд 0,2 - 0,6 кг, длина забойки не менее 1,5 м.

7.3.3. Область применения для выемочных выработок:

где γН - напряженное состояние пород, МПа;

m - вынимаемая мощность пласта, м;

R_с - сопротивление пород сжатию, МПа. Не рекомендуется применять ВЩР в породах обводненных или содержащих большое количество глинистых примесей.

ВЩР следует выполнять при проходке выработок в процессе формирования вокруг выработки зон неупругих деформаций (ЗНД). Эффективность ВЩР тем выше, чем меньше времени прошло с момента проходки выработок. В породах средней прочности формирование ЗНД длится 2 - 3 месяца, в прочных - 4 - 6 месяцев. ВЩР проводят не позднее указанного срока с момента проходки выработки. Шпуры бурят в боках на высоте 0,3 - 0,5 м, через 0,5 м, длина шпуров 2,3 - 2,5 м, длина забойки 1,0 - 1,2 м, угол наклона шпуров к горизонту α_ш = 10 - 30°, к оси выработки - перпендикулярно.

7.3.4. Разновидность ВЩР и скважинной разгрузки: разгрузочные скважины бурят в обеих стенках выработки. Расстояние между скважинами 0,75 - 1,0 м. Диаметр скважин 150 мм, длина 2,5 - 6,0 м. Между ними размещают шпуры диаметром 40 мм, длиной соответственно 2,5 - 6,0 м. В шпурах производят взрывание зарядов, в результате происходит развитие трещин между шпурами и скважиной и создается зона пониженных напряжений.

7.3.5. Наиболее эффективен способ ВЩР в сочетании с применением в выработках средств усиления крепи. Шпуры бурят в забое проводимой выработки под углами 25 - 65° на глубину 1,0 - 1,8 м. Стойки трения постоянного сопротивления устанавливают под арку и на опорную плиту со стороны почвы в 30 м впереди очистного забоя и снимают в 30 м позади него. Область эффективного применения: выработки, поддерживаемые вне зоны влияния очистных работ, а также оформляемые позади очистного забоя в выработанном пространстве; породы антрацитовых пластов (высокометаморфизованные, малоразмокаемые).

7.4. Способ активной разгрузки с последующим упрочнением пород (АРПУ)

Способ АРПУ заключается в том, что в подошве горной выработки с помощью буровзрывных работ создается трещиноватая зона. В эту зону через пробуренные тампонажные скважины нагнетают вяжущий раствор. После схватывания раствора в подошве выработки создается монолитная конструкция из упрочненных пород. Параметры способа: проектная глубина зоны разгрузки 2,5 м, количество шпуров по ширине выработки 3 - 4, расстояние между рядами шпуров в продольном и поперечном направлениях 1,2 - 2 м, расход тапмонажного раствора на 1 м выработки 0,6 - 0,9 м³. Диаметр шпуров 42 мм. Заряд в шпуре 0,3 - 0,6 кг. Тампонирование производится глубинным съемным инъектором типа КГМИ, насос с сопротивлением 0,5 МПа. Длина напорного трубопровода 20 - 40 м. Раствор В:Ц:П - от 2:1:1 до 1:1:2.

Качество упрочнения пород проверяют реометрическим методом до и после применения способа АРПУ. Сущность метода в изоляции опробываемого интервала шпура герметизирующим устройством и в измерении расхода нагнетаемого воздуха и скорости падения давления в аккумулирующей емкости.

7.5. Отсечное торпедирование

7.5.1. Отсечное торпедирование труднообрушаемых пород кровли вдоль выработок путем взрывания взрывчатых веществ (ВВ) в скважинах применяют в присечных и повторно используемых выработках.

Отсечные скважины (шпуры) бурят диаметром 42 мм на такую высоту, чтобы их забои находились на отметке 0,7 мощности труднообрушающихся пород, но не далее 3,5 - 4 м от контура выработки. Угол наклона скважины в сторону выемочного столба принимают таким, чтобы породный козырек оставался не менее 1 м. При прочности труднообрушающихся пород до 80 МПа расстояние между скважинами должно быть 4 - 5 м, при большей прочности - 2 м.

Длина забойки должна быть не менее 30 % длины скважины. Масса заряда определяется его длиной и массой ВВ на 1 м заряда. Мероприятия по технологии взрывания и обеспечению безопасности работ следует выполнять согласно Инструкции по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках (Л.: ВНИМИ, 1982).

Кратчайшее расстояние от очистного забоя до взрываемой скважины должно быть не менее 30 м.

7.6. Упрочнение пород скрепляющими растворами

7.6.1. Такой способ снижения ожидаемых проявлений горного давления эффективен при расположении выработок в трещиноватых породах или в породах, которые от влияния очистных работ разбиваются на блоки или становятся трещиноватыми.

Применяют три схемы упрочнения пород кровли скрепляющими растворами:

первая - непосредственно после проходки выработки вне зоны влияния очистных работ;

вторая - в 10 - 50 м от очистных забоев;

третья - в 30 - 60 м за очистным забоем после завершения активной стадии смещений пород.

При упрочнении бурят шпуры глубиной 2 - 3 м. В каждом сечении выработки бурят веер из 3 - 6 шпуров. Расстояние между сечениями l вдоль по выработке принимают, исходя из опыта нагнетания растворов, их проницаемости по трещинам и задаваемого напора при закачивании жидкости, по появлению раствора в скважинах последующего смежного веера. В общем, l = 1,0 - 2,5 м.

7.6.2. В качестве раствора для кратковременного упрочнения может быть применена мочевино-формальдегидная смола. Наиболее соответствуют требованиям по относительно малым срокам твердения и высокой адгезии магнезиальные суспензии.

Наибольший эффект достигается при двух (трех)-ступенчатом упрочнении. На первой ступени раствор подают в шпур под давлением 1,0 - 2,0 МПа, на следующей - под давлением 100 - 120 МПа, в зависимости от типа насоса.

К примеру, основной рецепт магнезиальной смеси: в 30 л воды растворяют 75 - 80 кг MgCl₂, в этот раствор засыпают 100 кг MgO. Раствор смешивают в специальной мешалке в течение 8 - 10 мин. В рабочем текучем состоянии смесь остается около 30 мин (время, используемое для инъекции раствора в шпуры).

Фаза схватывания составляет около 2 ч, полное отвердевание происходит через 40 - 50 ч, при этом прочность магнезиальной смеси достигает 50 - 80 МПа.

Для выполнения подобных работ применяют комплекс необходимого оборудования НВУ-30М, УН-35, УГН-2 и насосы, обеспечивающие требуемую производительность и остальные технические и технологические параметры.

Приложение 2

ПРИМЕРЫ ВЫБОРА ТИПА И ПАРАМЕТРОВ КРЕПЕЙ В ВЫРАБОТКАХ

1. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ ВНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ПОЛОГОГО ПАДЕНИЯ

Условия: выработка проводится по напластованию на глубине 800 м. Угол падения пород 15°. Вмещающие породы показаны на рис. 23. Характеристика слоев пород: 1 - песчаник, R_с = 91 МПа, m₁ = 4,8 м; 2 - алевролит, R_с = 60 МПа, m₂ = 1,3 м; 3 - аргиллит, R_с = 40 МПа, m₃ = 2,2 м; 4 - уголь, R_с = 18 МПа, m₄ = 1,2 м; 5 - аргиллит, R_с = 38 МПа, m₅ = 2,4 м; 6 - алевролит, R_с = 65 МПа, m₆ = 4,0 м. Расстояние от свода арки до пласта по вертикали 1,3 м. Выработка пройдена комбайновым способом, сечение в свету до осадки S = 10,3 м². Ширина в проходке 4,12 м, высота 3,56 м. Срок службы выработки 10 лет. Выработка сухая, находится вне тектонических нарушений. Крепь металлическая арочная податливая.

Рис. 23. Расчетная схема к примеру 1

Решение: 1) определяем расчетную прочность пород. Для всех пород принимаем k_с = 0,9 (см. табл. 1). Тогда R_с = 91 ∙ 0,9 = 82 МПа; R_c2 = 60 ∙ 0,9 = 54 МПа; R_c3 = 40 ∙ 0,9 = 36 МПа; R_c4 = 18 ∙ 0,9 = 16,2 МПа; R_c5 = 38 ∙ 0,9 = 34,2 МПа; R_c6 = 65 ∙ 0,9 = 58,5 МПа. Выработка сухая, поэтому прочность не снижается от воздействия влаги (см. п. 5).

Расчетное сопротивление пород кровли сжатию (согласно п. 8) составит

аналогично для пород почвы

Расчетное сопротивление пород сжатию в боках выработки составит

Средневзвешенное сопротивление пород кровли и почвы сжатию

2) Смещения пород определяем по формулам (3):

U_{о(кр, пч)} = U_{т(кр. пч)} k_α k_ш k_в k_t,

U_о.б = U_т.б k_αk_θ k_ш k_в k_t,

где k_α = 1 (см. табл. 2 при α ≤ 20°); k_θ = 0,35 при определении боковых смещений; k_ш = 0,2(4,12 - 1) = 0,62 по формуле (4) для почвы и кровли и k_ш = 0,2(3,56 - 1) = 0,51 по формуле (5) для боковых смещений; k_в = 1 (см. п. 12); k_t = 1; U_т.кр = 50 мм, U_т.пч = 160 мм, U_т.б = 500 мм (см. рис. 2 при H = 800 м и полученных значениях прочности пород кровли, почвы и боков).

U_о.кр = 50 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 1 = 31 мм,

U_о.пч = 160 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 1 = 100 мм,

U_о.б = 500 ∙ 1 ∙ 0,35 ∙ 0,51 ∙ 1 ∙ 1 = 89 мм;

3) Нагрузки на 1 м выработки определяем на основании смещений пород кровли по формуле (8):

P = P^н k_п k_пр b,

где k_п = 1 (для подготавливающей выработки); k_пр = 0,6 (по табл. 6 при H = R_с.ср = 800/53,4 = 15), b = 4,12 м (по условию), Р^н = 31 КПа (по табл. 4 при U_о.кр = 31 мм и b = 4,12 м).

Р = 31 ∙ 1 ∙ 0,6 ∙ 4,12 = 77 кН/м;

4) Крепь выбираем согласно п. 14 по прил. 1, исходя из ширины выработки: при b = 4,12 м принимаем арочную крепь из СВП-22 с планкой ЗСД с сопротивлением в податливом режиме N_s = 220 кН;

5) Плотность крепи выбираем согласно п. 15 по формуле (10)): n = P/N_s = 77/220 > 0,3 рамы/м. Принимаем n = 0,8 рамы/м;

6) Податливость крепи при Р = 77 кН/м выбираем по п. 17 из условия: Δ ≥ U_о.крk_ос, по табл. 7 k_ос = 1,0. При U_о.кр = 31 мм имеем:

Δ ≥ 31 ∙ 1 = 31 мм.

Следовательно, трехзвенная арочная металлическая крепь КМП-А3 из СВП-22 с податливостью до 300 мм (см. прил. 1) плотностью 0,8 рам/м обеспечит нормальную эксплуатацию рассматриваемой выработки.

Примечание. В качестве примера в табл. 39 показаны результаты выбора металлической податливой крепи для выработок, поддерживаемых вне зоны влияния очистных работ на разных глубинах и в разных породах (при прочих условиях, указанных в примере 1).

Таблица 39

2. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ ПО ОБРУШЕННЫМ ПОРОДАМ

Условия аналогичны примеру 1. Породы кровли плохо слеживающиеся.

Решение: 1) Определяем смещения пород кровли по п. 12. Согласно примеру 1 U_о.кр = 31 мм. Смещения в рассматриваемой выработке по п. 18 составляют 1,5U_о.кр = 1,5 ∙ 31 = 46 мм.

2) Расчетную нагрузку на крепь определяем по формуле (8):

P = P^нk_пk_прb,

где k_п = 1,0; b = 4,12 м (см. пример 1); k_пр = 1,0 (см. п. 13); Р^н = 31 кПа (см. табл. 4 при U_о.кр = 46 мм).

Р = 31 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,12 = 128 кН/м.

3) Тип и плотность крепи устанавливаем по пп. 14 и 15. При ширине выработки 4,12 м принимаем крепь из СВП-22 с замками ЗПК, сопротивление которой 260 кН. Плотность такой крепи

n = P/N_s = 128/260 ≥ 0,49 рамы/м.

Принимаем n = 0,8 рамы/м.

4) Согласно п. 17 податливость крепи должна быть не менее 46 мм. Крепь КМП-А3 имеет максимальную податливость 400 мм. Таким образом, безремонтное поддержание этой выработки обеспечит металлическая арочная крепь КМП-А3 из СВП-22 плотностью 0,8 рамы/м.

Примечание. В качестве примера в табл. 40 даны результаты выбора металлической податливой крепи для выработок, проведенных по обрушенным породам в выработанном пространстве вне зоны влияния очистных работ на различных глубинах и в других породах, но при прочих условиях, соответствующих примеру 1.

Таблица 40

3. ВЫРАБОТКА,
ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ

а. Условия (рис. 24) аналогичны примеру 1, причем Н = 800 м; R_с.кр = 69,4 МПа; R_с.пч = 50,6 МПа; R_с.ср = 53,4 МПа; S = 10,3 м², основная кровля пласта - среднеобрушающаяся.

Решение: 1) По аналогии с примером 1 сначала выбираем основную крепь. Для этого определяем смещения пород U_о.кр находим нагрузку на крепь и оцениваем ее плотность. Из примера 1 имеем: U_о.кр = 31 мм, Р = 77 кН, n = 0,8 рамы/м (крепь КМП-А3 из СВП-22 с планкой ЗСД).

2) Средства усиления крепи выбираем по величине смещений пород U_кр, определяемых по формуле (12):

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к,

где U_о.кр = 31 мм (см. пример 1); k_кр = 1,0 (см. табл. 10); k_s = 1,0 (по табл. 11); k_к = 0,4 (по рис. 5, а при R_с.пч = 50,6 МПа и R_с.кр = 69,4 МПа; U₁ = 520 мм (по рис. 4 при R_с.cp = 53,4 МПа и H = 800 м).

U_кр = 31 + 520 ∙ 1 ∙ 0,4 = 239 мм;

3) Суммарную расчетную нагрузку на крепь выработки за весь срок службы определяем согласно п. 10 по величине U_кр = 239 мм:

P = P^н k_п k_прb,

где k_п = 1,0 (для подготавливающих выработок), k_np = 0,6 (для выработок, пройденных комбайновым способом при Н/R_с.cp = 800/53,4 = 15, по табл. 6); b = 4,12 м (по условию); Р^н = 78 кПа (табл. 4 при U_кр = 239 мм).

Р = 78 ∙ 1 ∙ 0,6 ∙ 4,12 = 193 кН/м.

Рис. 24. Схема охраны выработок, поддерживаемых в массиве угля в зоне опорного давления очистного забоя

4) Плотность установки средств усиления п₁ определяем из выражения (14) - см. п. 19.

n₁ ≥ (Р₁ - nN_s)/N_s1,

где Р₁ = 193 кН/м; n = 0,8 рамы/м; N_s = 220 кН (прил. 1); N_s1 = 200 кН (там же - для деревянной стойки).

Окончательно плотность установки средств усиления выбираем по технологическим соображениям и принимаем n₁ = 0,4 ст/м, т.е. стойку усиления устанавливаем под каждую вторую раму крепи под прогон.

5) Выбираем крепь по податливости в соответствии с п. 14;

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус,

где k_ос = 1 (по табл. 7 при Р = 77 кН/м; k_ус = 1 (см. табл. 8 при n₁ = 0,4); U_кр = 239 мм;

Δ ≥ 239 ∙ 1 ∙ 1 = 239 мм.

Принимаем трехзвенную крепь КМП-А3 из СВП-22 с податливостью 400 мм, плотностью 0,8 рамы/м. Последнюю в зоне влияния очистных работ на расстоянии 30 м впереди забоя лавы (см. табл. 12) необходимо усилить металлическими стойками трения под каждой второй рамой под прогон.

Примечание. В качестве примера в табл. 41 даны результаты выбора металлической податливой крепи для выработок, погашаемых позади забоя лавы, поддерживаемых на других глубинах и в других породах при прочих условиях, указанных в примере 3.

Таблица 41

б. Условия: глубина горных работ 300 м, средневзвешенное расчетное сопротивление сжатию вмещающих пород 20 МПа, ширина выработки 4,1 м при S = 10 м², буровзрывная проходка.

Решение: 1) Основную крепь выбираем, определив U_о.кр, Р^н, Р и плотность установки крепи:

U_о.кр = U_т.кр k_α k_ш k_в k_t,

где U_т.кр = 160 мм, k_α = k_б = k_t = 1, k_ш = 0,62, U_о.кр = 99,2 мм, Р^н = 45 кПа, P = P^нk_пk_прb = 45 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 184,5 кН/м.

Принимаем деревянную крепь с верхняком диаметром 20 см. Из прил. 1 (п. 5) имеем N_s = 61 кН. Следовательно, n = 184,5/61 = 3 деревянные рамы/м.

2) Определяем смещения пород с учетом влияния первой лавы по формуле:

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к,

где U_о.кр = 99,2 мм, U₁ = 430 мм, k_кр = 1 (среднеобрушающаяся кровля), k_s = 1, k_к = 0,5; U_кр = 314,2 мм.

Суммарная расчетная нагрузка на крепь P₁ за весь срок службы выработки при U_кp = 314,2 мм равна Р₁ = P₁^н k_п k_пр b = 90×1×4,1 = 369 кН/м.

Плотность установки средств усиления крепи определяем из выражения (14): n₁ ≥ (Р₁ - nN_s) /N_s1 = (369 - 3 ∙ 61)/200 ≈ 1 деревянная ст/м под прогон.

в. Условия аналогичны примеру а (Н = 800 м, b = 4,1 м, k_к = 0,5, но при R_с.ср = 40 МПа).

Решение: U_о.кр = 148,5 мм. Р^н = 48 кПа, Р = 196,8 кН/м, n = 3 деревянные рамы/м, U₁ = 640 мм, U_кр = 468,5 мм,  = 106 КПа, P₁ = 434,6 кН/м, n = 3 ст/м. Принимаем одну деревянную стойку под каждую раму.

г. Условия: глубина горных работ 300 м, R_с.ср = 40 МПа, ширина выработки 3,4 м при S = 10 м², проходка буровзрывная.

Решение: 1) Выбираем основную крепь. Определяем U_о.кр по формуле (12). Р^н из табл. 4, Р по формуле (8), n по формуле (10); U_о.кр = 25 мм, Р^н = 24 кПа, Р = 81,6 кН/м. Принимаем смешанную крепь: деревянные стойки и металлический верхняк из СВП-22. Из прил. 1, п. 4 имеем N_s = 160 кН. Следовательно, n ≥ 81,6/160 ≥ 0,5, принимаем 0,8 рамы/м.

2) Проверяем необходимость усиления смешанной крепи в зоне влияния первой лавы. Определяем U_кр по формуле (12),  по табл. 4, P_i по формуле (8):

U_кр = 120 мм, Р^н = 44 кПа. Р₁ = 150 кН/м,  Принимаем п₁ = 0,4 ст/м.

д. Условия аналогичны примеру г, но при R_с.ср = 20 МПа.

Решение: 1) U_о.кр = 81,4 мм, Р^н = 32 кПа, Р = 108,8 кН/м, n = 108,8/160 = 0,8 рамы/м.

2) U_кp = 296 мм,  = 78 кПа, Р₁ = 265 кН/м, n₁ = 0,8 ст/м. Принимаем одну деревянную стойку под каждую раму.

е. Условия: выработку проводят на глубине 100 м в многолетнемерзлых породах по пласту угля мощностью 3 м. Высота выработки 3 м, ширина b = 3,7 м, S = 10 м². В кровле в диапазоне 1,56, т.е. 5,55 м залегают слоистые породы (R_с = 14 МПа). Коэффициент k_с = 1 для многолетнемерзлых пород (см. п. 6). R_с пласта = 10 МПа, в почве в диапазоне 1b = 3,7 м залегают породы с R_с = 4 МПа. Проходка буровзрывная.

Определяем

Решение: 1) Выбираем основную крепь. Определяем U_о.кр = U_т.кр k_α k_ш k_б k_t, где U_т.кр = 100 мм, k_α = k_в = k_t = 1, k_ш = 0,54, U_о.кр = 54 мм, Р^н = 27 кПа (из табл. 4). k_п = k_пр = 1 (см. п. 13), Р = 27 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 3,7 = 100 кН/м.

Принимаем крепь КМП-А3, имеющую замки с плоскими планками. Из прил. 1 (п. 2) следует: N_s = 190 кН.

Определяем плотность установки крепи: n ≥ 100/190 ≥ 0,5.

Принимаем n = 0,8 рамы/м.

2) Проверяем необходимость усиления металлической крепи в зоне влияния первой лавы. Определяем U_кр по формуле (12),  по табл. 4, P₁ по формуле (8): U_кр = 104 мм,  = 42 кПа, Р₁ = 155,4 кН/м,  Предусматриваем в качестве средства усиления деревянные стойки (N_s1 = 200 кН).

 Усиление крепи не требуется.

ж. Условия аналогичны примеру е, но в качестве основной принимаем деревянную крепь, N_s = 70 кН при b = 3,4 м (см. прил. 1, п. 6).

Решение: 1) По аналогии с примером е имеем U_о.кр = 54 мм, Р^н = 25 кПа, Р = 85 кН/м, n ≥ P/N_s ≥ 85/70 ≥ 1,2 рамы/м. Принимаем n = 1,25 деревянные рамы/м. 2) U_кр = 104 мм, Р₁^н = 42 кПа, Р₁ = 142,8 кН/м.  Предусматриваем в качестве средств усиления крепи деревянные стойки:

Допустима установка под прогон деревянных стоек с плотностью 0,625 ст/м.

4. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ ВПРИСЕЧКУ БЕЗ ОСТАВЛЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ПОЛОСЫ

Условия: выработка (рис. 25) проводится по напластованию на глубине 500 м. Угол падения 10°. Вмещающие породы показаны на рис. 26. Характеристика слоев: 1 - песчано-глинистый сланец. R_с = 52 МПа, m = 8 м, 2 - глинистый сланец, R_с = 30 МПа, m = 1 м, 3 - уголь, R_с = 12 МПа, m = 2,5 м; 4 - глинистый сланец, R_с = 28 МПа, m = 1,5 м; 5 - песчаный сланец, R_с = 60 МПа, m = 3 м. Расстояние от свода арки до пласта 0,5 м. Выработка пройдена комбайновым способом, сечение в свету до осадки 9 м², ширина в проходке 3,5 м, высота 3 м. Срок службы выработки 2 года. Выработка сухая, вне тектонических нарушений. Кровля - среднеобрушающаяся.

Решение: 1) Определяем расчетную прочность пород. Для всех пород принимаем k_с = 0,9 (см. табл. 1). Тогда получим R_с1 = 52 ∙ 0,9 = 46,8 МПа, R_с2 = 30 ∙ 0,9 = 27 МПа, R_с3 = 12 × 0,9 = 10,8 МПа, R_с4 = 28 ∙ 0,9 = 25,2 МПа, R_с5 = 60 ∙ 0,9 = 54 МПа.

Расчетная прочность пород кровли составит

Средневзвешенная прочность пород кровли и почвы равна

Вначале выбираем основную крепь. Для этого определяем смещения пород по формуле:

U'_кр = (U'_пр + 2υ'₀)k'k_sk_к,

где U'_пр = 160 мм, при Н = 500 м и R_с.ср = 35,9 МПа, υ'₀ = 48 мм/мес, k_s = 0,95 (при S = 9,0 м²), k' = 1 (по условию полной присечки), k_к = 0,48 (см. рис. 5, при R_с.кр = 44,9 МПа и R_с.пч = 41,7 МПа).

U'_кр = (160 + 2 ∙ 48) ∙ 0,95 ∙ 1 ∙ 0,48 = 116,7 мм.

По величине U'_кр определяем нагрузку Р^н. Из табл. 4 получаем Р^н = 42 кПа. Затем находим Р = Р^нk_пk_прb, где k_п = 1,0, k_пр = 0,6 (комбайновая проходка), b = 3,5 м, Р^н = 42 кПа.

Р = 1 ∙ 0,76 ∙ 3,5 ∙ 42 = 88,2 кН/м.

Плотность основной крепи n ≥ Р/N_s ≥ 88,2/190 ≥ 0,46 рамы/м. Принимаем крепь типа КМП-А3 из СВП-22 (замки с прямыми планками и скобами с резьбой) с плотностью 0,8 рамы/м.

Рис. 25. Схема проведения выработок вприсечку к выработанному пространству

Рис. 26. Расчетная схема к примеру 4

2) Средства усиления выбираем на основании расчета смещений пород кровли по формуле:

U_кр = U'_кр + U'₁ k_кр k_s k_к k',

где U'_кр = 116,7 мм, U'₁ = 420 мм, k_кр = 1, k_s = 0,95, k_к = 0,48, k' = 1.

U_кр = 116,7 + 420 ∙ 1 ∙ 0,95 ∙ 0,48 ∙ 1 = 308 мм.

Определяем нагрузку . Из табл. 4 имеем

Находим суммарную нагрузку на крепь в зоне влияния очистных работ по формуле (8):

Р₁ = 1,0 ∙ 0,6 ∙ 3,5 ∙ 80 = 168 кН/м.

По формуле (14), предусматривая в качестве средств усиления деревянные стойки, определяем их плотность:

Окончательно плотность установки стоек усиления принимаем по технологическим условиям равной 0,4 стойки/м, т.е. под каждую вторую раму под прогон.

3. Выбираем металлическую крепь по податливости в соответствии с п. 17:

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус.

При k_ос = 1, k_ус = 1 имеем Δ ≥ 308 мм.

Принимаем трехзвенную крепь КМП-А3 из СВП-22 с податливостью 400 мм плотностью 0,8 рамы/м. В зоне влияния очистных работ на расстоянии. 30 м впереди очистного забоя (см. табл. 13) основную крепь усиливаем деревянными стойками под каждую вторую раму под прогон.

Примечание. В качестве примера в табл. 42 даны результаты выбора металлической податливой крепи для присечных выработок, поддерживаемых на других глубинах и в других породах при прочих условиях, указанных в примере 4.

Таблица 42

5. ВЫРАБОТКА,
СОХРАНЯЕМАЯ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Условия: H = 600 м, S = 13 м², b = 4,1 м, h = 3,6 м, кровля в пределах 1,5 ширины выработки: песчаный сланец, т = 5,95 м, R_с = 50 МПа; песчано-глинистый сланец, m = 2 м, R_с = 30 МПа; уголь, т = 1,8 м, R_с = 12 МПа, почва в пределах ширины выработки: песчано-глинистый сланец, m = 1,8 м, R_с = 28 МПа; песчаный сланец, т = 2,5 м, R_с = 60 МПа (рис. 27).

Выработка эксплуатируется три года: один - до влияния первого очистного забоя, два последующих - до погашения вторым очистным забоем. Выработка пройдена буровзрывным способом. За первым очистным забоем она охраняется органной крепью. Основная кровля пласта - среднеобрушающаяся.

Решение: 1) Определяем расчетную прочность пород: принимаем k_с = 0,9. Тогда R_с1 = 50 ∙ 0,9 = 45 МПа, R_c2 = 30 ∙ 0,9 = 27 МПа, R_с4 = 12 ∙ 0,9 = 10,8 МПа, R_с = 28 ∙ 0,9 = 25,2 МПа, R_с = 60 ∙ 0,9 = 54 МПа.

Рис. 27. Схема расположения выработок, сохраняемых для повторного использования

2) Выбираем основную крепь, устанавливаемую при проведении выработки. Для этого определяем смещения пород кровли по формуле (3), где k_α = 1 (см. табл. 2 при α ≤ 20°); k_ш = 0,62 - см. формулу (4),

k_в = 1, k_t = 1, U_т.кр = 120 мм, U_о.кр = 74,4 мм.

По величине U_о.кр определяем нагрузку Р^н. Из табл. 4 имеем Р^н = 38 кПа. По формуле Р = P^нk_пk_пpb, где Р^н = 38 кПа, k_п = 1, k_пр = 1, b = 4,1 м, имеем

Р = 38 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 155,8 кН/м.

Плотность основной крепи n ≥ Р/N_s ≥ 0,71 рамы/м.

Принимаем n = 0,8 рамы/м. Выбираем крепь КМП-А3 из СВП-22 с замками типа ЗСД.

2. Выбор средств усиления впереди первого очистного забоя производим на основании расчета смещений пород по формуле (12)

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к,

где U_о.кр = 74,4 мм, k_кр = 1, k_s = 1,15, k_к = 0,48, U₁ = 590 мм.

U_кр = 74,4 + 590 ∙ 1 ∙ 1,15 ∙ 0,48 = 400 мм.

Определяем нагрузку  по величине U_кр = 400 мм. Из табл. 4 имеем  = 101 кПа. Вычисляем суммарную нагрузку на крепь в зоне влияния первого очистного забоя:

Р₁ = 101 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 414,1 кН/м.

По формуле (14), предусматривая в качестве средств усиления металлические стойки трения, определяем их плотность:

Принимаем п₁ = 0,8 стойки/м.

Протяженность участка усиления крепи равна 25 м (см. табл. 14).

3. Для определения средств усиления крепи позади забоя первой лавы и впереди второго очистного забоя рассчитываем смещения пород по формуле:

U_кр = U_о.кр + (2U₁k_к + m k_охр k_t1) k_кр k_s,

где U_о.кр = 74,4 мм, U₁ = 590 мм, k_к = 0,48, m = 1,8 м, k_oxp = 0,2 (см. п. 21), k_t1 = 1 (см. табл. 15), k_кр = 1, k_s = 1,15.

U_кр = 74,4 + (2 ∙ 590 ∙ 0,48 + 1800 ∙ 0,2 ∙ 1) ∙ 1 ∙ 1,15 = 1139,8 мм.

Определяем суммарную нагрузку на крепь выработки по величине U_кр = 1139,8 мм:

Р₂ = k_пk_прb = 647,8 кН/м,

где  = 158 кПа (см. табл. 4), k_п = 1, k_пр = 1, b = 4,1 м.

Определяем количество средств усиления на 1 м выработки - см. формулу (18):

Таблица 43

Принимаем n₂ = 2 ст/м. На участках усиления l2 и l3 (см. табл. 14) надо устанавливать по две металлические стойки трения на 1 м под прогон.

4. Проверяем крепь по податливости

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус.

Δ ≥ 1139,8 ∙ 0,98 ∙ 0,59 ≥ 659 мм.

Принимаем КМП-А5 с ножкой 900 мм; Δ = 800 мм; из СВП-22, плотностью 1 рама/м с установкой на участке l₁ под крепь 1 стойки/м, а на участках l₂ и l₃ - 2 стойки/м.

Примечание. В качестве примера в табл. 43 показаны результаты выбора металлической податливой крепи для выработок, сохраняемых и используемых повторно на других глубинах и в других породах, но при прочих равных условиях, указанных в примере 1.

6. СПАРЕННЫЕ ВЫРАБОТКИ,
ПОГАШАЕМЫЕ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ЦЕЛИКА УГЛЯ

Условия: R_с.кр = 33,3 МПа, R_с.пч = 33,3 МПа, R_с.ср = 30 МПа, k_к = 0,5, глубина Н = 900 м, т = 1,2 м, S = 10,3 м² ширина выработки 4,1 м, α = 10°. Выработка проводится спаренной с целиком между ними 40 м (рис. 28). Общий срок службы три годы: один - до влияния лавы I, два - в зоне влияния лавы I до погашения лавой II. Основная кровля пласта - среднеобрушающаяся. Проходка выработок - комбайновая.

Решение: 1) Выбираем основную крепь в спаренной выработке, на первом этапе находящейся вне зоны влияния очистных работ по аналогии с примером 1:

а) определяем U_о.кр = U_т.кр k_α k_ш k_в k_t, где k_α = 1, k_ш = 0,2(4,1 - 1) = 0,62, k_в = 1, k_t = 0,9, U_т.кр = 570 мм.

U_о.кр = 570 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 0,9 = 318 мм;

б) определяем Р^н по величине U_о.кр = 318,0 мм. Р^н = 90 кПа. Вычисляем Р = Р^н k_п k_пр b = 90 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 369 кН/м;

в) выбираем крепь КМП-А3 из СВП-22 с замком ЗПК, n ≥ 1,42 рамы/м. Принимаем n = 1,43 рамы/м.

2) Выбор средств усиления крепи в спаренной выработке, охраняемой временным целиком, производим на основании расчета смещений пород кровли по формуле (19);

где U_о.кр = 318 мм,  (см. рис. 9 при Н = 900 м, R_с.ср = 30 МПа, l_ц = 40 м), k_ц = 1,15 (см. табл. 17);  k_кр = 1, k_s = 1,0, k_к = 0,5.

U_кр = 318 + [100(1 + 1,15) + 570] ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 = 670 мм.

Рис. 28. Схема поддержания спаренных выработок, которые разделяет целик угля, извлекаемый одновременно с очистным забоем

Определяем суммарную нагрузку на крепь выработки:

Р₁ = k_пk_прb = 128 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 =525 кН/м.

где P₁ - см. табл. 4.

Плотность средств усиления крепи определяем по формуле (14)

Принимаем n = 0,71 ст/м, т.е. одна стойка на две рамы под прогон.

3) Крепь по податливости выбираем из условия Δ ≥ U_кр k_ос k_ус. При k_oc = 0,84, k_ус = 0,86; имеем Δ = 0,84 ∙ 0,86 ∙ 670 = 515 мм. В этом случае предлагаемая крепь КМП-А3 из СВП-22 с податливостью 400 мм не подходит. При условии U_кр > Δ необходимо принимать крепь с большей податливостью. Принимаем КМП-А5 из СВП-22 с дополнительной ножкой длиной 700 мм. Податливость этой крепи составляет 600 мм.

Следовательно, в спаренной выработке устанавливают крепь КМП-А5 с дополнительной ножкой 700 мм, из СВП-22, плотность 1,43 рамы/м с усилением в зоне влияния второй лавы металлическими стойками трения из расчета 0,71 ст/м, т.е. одна стойка на две рамы под прогон.

Далее (табл. 44) приведены примеры выбора крепи в спаренной выработке, охраняемой временным целиком при разных глубинах в породах, но при прочих условиях, соответствующих примеру 6.

Таблица 44

7. СПАРЕННЫЕ ВЫРАБОТКИ,
РАЗДЕЛЕННЫЕ ПОРОДНОЙ ПОЛОСОЙ, СОЗДАВАЕМОЙ ВО ВРЕМЯ ПРОВЕДЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ОТРАБОТКЕ ВТОРОЙ ЛАВЫ

а. Условия: R_с.кр = 33,3 МПа, R_с.пч = 33,3 МПа, R_с.ср = 30 МПа, k_к = 0,5; глубина 900 мм, m = 1,2 м, S = 10,3 м² (ширина выработки 4,1 м), α = 10° (рис. 29). Выработки проводятся спаренными одиночными забоями на расстоянии 40 м одна от другой. Общий срок службы выработки три года: один до влияния лавы I, два - в зоне влияния лавы I до погашения лавой II. Основная кровля пласта - среднеобрушающаяся. Проходка выработок - комбайновая.

Решение: 1) Выбираем основную крепь по аналогии с примером 6. U_о.кр = 318 мм, Р = 369 кН/м, крепь КМП-А5 из СВП-22 с замком ЗПК, n = 1,43 рамы/м.

2) Выбираем средства усиления крепи при отработке первой лавы на основании расчета смещений пород по формуле (20):

U_кр = U_о.кр + (0,2т + 0,8U₁ k_к k_кр) k_s.

U_кр = 318 + (0,2 ∙ 1200 + 0,8 ∙ 810 ∙ 0,5 ∙ 1) ∙ 1 = 882 мм;

 Р = 1 ∙ 1 ∙ 4,1 ∙ 140 = 574 кН/м;

Принимаем плотность установки средств усиления п₁ = 0,71 стойки/м под прогон. Участок крепи впереди забоя первой лавы - 25 м.

Рис. 29. Схема поддержания спаренных выработок, разделенных породной полосой, выкладываемой во время их проходки

3) Выбираем средства дополнительного усиления крепи впереди забоя второй лавы на основании расчета смещений пород по формуле (22):

U_кр = U_о.кр + (1,8U₁k_кр k_к + 0,36т) k_s.

U_кр = 318 + (1,8 ∙ 810 ∙ 1 ∙ 0,5 + 0,36 ∙ 1200) ∙ 1 = 1480 мм.

 Р₂ = 1 ∙ 1 ∙ 4,1 ∙ 180 = 738 кН/м.

Впереди забоя второй лавы необходимо увеличить плотность средств усиления крепи. Принимаем п₂ = 1,43 ст/м.

4) Податливость крепи проверяем по формуле:

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус ≥ 1480 ∙ 0,85 ∙ 0,63 = 792 мм.

Следовательно, в спаренной выработке необходимо применять КМП-А5 с ножкой 900 мм, из СВП-22, замок ЗПК, n = 1,43 рамы/м с установкой впереди забоя лавы I на 25 м под прогон стоек усиления плотностью 0,71 ст/м, а позади забоя лавы I на 65 м и впереди забоя лавы II на 35 м - металлических стоек трения, плотностью 1,43 ст/м.

б. Условия: аналогичны, примеру а, но спаренные выработки проводят общим забоем по углю.

Решение: 1) Выбираем основную крепь в спаренных выработках на основании расчета смещений, по формуле:

U_о.кр = 0,2m k_s,

где т = 1,2 м, k_s = 1 (при S = 10,3 м², см. табл. 11).

U_о.кр = 0,2 ∙ 1200 ∙ 1 = 240 мм.

Р^н = 78 кПа (см. табл. 4); Р = 78 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 319,8 кН/м.

Принимаем КМП-А5 из СВП-22 с замком ЗПК, n ≥ 319,8/260 ≥ 1,25. Принимаем 1,25 рамы/м.

2) Выбираем средства усиления крепи при отработке первой лавы на основании расчета смещений пород по формуле (21):

U_кр = (0,2m + 0,8U₁ k_к k_кр) k_s,

где т = 1200 мм, U₁ = 810 мм (см. рис. 4), k_к = 0,5 (см. рис. 5), k_кр = 1 (см. табл. 10), k_s = 1;

U_кр = (0,2 ∙ 1200 + 0,8 ∙ 810 ∙ 0,5 ∙ 1) ∙ 1 = 564 мм.

 P₁ = 118 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 483,8 кН/м.

 Принимаем n₁ = 0,625 ст/м, т.е. одну стойку под прогон на две рамы.

3) Выбираем средства дополнительного усиления крепи впереди забоя второй лавы на основании расчета смещений пород по формуле (23):

U_кр = (1,8U₁ k_кр k_к + 0,36m) k_s,

где U₁ = 810 мм, k_кр = 1, k_к = 0,5, т = 1,2 м, k_s = 1;

U_кр = (1,8 ∙ 810 ∙ 1 ∙ 0,5 + 0,36 ∙ 1200) ∙ 1 = 1161 мм.

 Р₂ = 1 ∙ 1 ∙ 4,1 ∙ 160 = 656 кН/м.

Таблица 45

 Принимаем n₂ = 1,25 ст/м, т.е. под каждую раму.

4) Податливость крепи проверяем по формуле:

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус,

где k_ос = 0,87 (см. табл. 7), k_ус = 0,65, U_кр =1161 мм.

Δ ≥ 0,87 ∙ 0,65 ∙ 1161 ≥ 656,5 мм.

Принимаем КМП-А5 с ножкой 900 мм, Δ = 800 мм, из СВП-22, с замком ЗПК, плотность 1,25 рамы/м, с установкой впереди забоя первой лавы одной металлической стойки под прогон на две рамы, а позади забоя первой и впереди забоя второй лавы - одной стойки усиления под каждую раму.

Примеры выбора крепи и средств усиления в спаренной выработке, используемой при отработке второй лавы, если между спаренными выработками во время проходки извлекается целик и возводится породная полоса, показаны в табл. 45.

8. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ (ОФОРМЛЯЕМАЯ) ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Условия: R_с.кр = 33,3 МПа, R_с.пч = 33,3 МПа, R_с.cр = 30 МПа, k_к = 0,5, H = 900 м, т = 1,2 м, S = 10,3 м², ширина выработки 4,1 м. Выработка охраняется породной полосой (рис. 30).

Решение: 1) Определяем смещения пород кровли по формуле (26):

U_кр = k_охр m k_s,

где k_охр = 0,2 (см. п. 21), m = 1200 мм, k_s = 1 (см. табл. 11);

U_кр = 0,2 ∙ 1200 ∙ 1 = 240 мм.

2) Расчетную нагрузку на крепь находим согласно п. 13 по величине U_кр = 240 мм. Из табл. 4 имеем P^н = 78 кПа.

Р = 78 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 320 кН/м;

3) Плотность установки рам крепи определяем по формуле (12), принимая КМП-А3 из СВП-22 с сопротивлением 260 кН (замок ЗПК):

n ≥ 320/260 = 1,25 рамы/м.

4) Проверяем металлическую крепь по податливости: Δ ≥ U_кр k_ос ≥ 240 ∙ 0,87 ≥ 209 мм. Крепь КМП-А3 по податливости подходит.

Рис. 30. Схема расположения выработок, проводимых (оформляемых) позади очистного забоя

Далее, в табл. 46 показаны примеры выбора крепи в выработках, оформляемых позади очистного забоя, при m = 1 - 1,5 м и способах охраны выработки породной полосой, возводимой с помощью пневмозакладочных комплексов, двойными двусторонними породными полосами или одинарной полосой, выкладываемой вручную.

Таблица 46

Примечание. Породная полоса выкладывается комплексом, двойные двусторонние и бутовая - вручную.

9. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ (ОФОРМЛЯЕМАЯ) ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ И СОХРАНЯЕМАЯ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Условия: аналогичны примеру 8. Основная кровля среднеобрушающаяся (рис. 31).

Рис. 31. Схема расположения выработок, проводимых (оформляемых) за очистным забоем и сохраняемых для повторного использования

Решение: 1) Выбираем основную крепь по аналогии с примером 8; имеем: КМП-А3, СВП-22, замок ЗПК с плотностью 1,25 рамы/м (для m = 1,2 м).

2) Выбираем средства усиления крепи в зоне влияния отрабатываемой лавы с помощью формулы (28):

U_кр = (k_охр m + U₂ k_кр  k_к) k_s,

где k_охр = 0,2, т = 1200 мм, U₂ = U₁ = 820 мм (см. рис. 4 для Н = 900 м и R_с.ср = 30 МПа), k_к = 0,5 (см. рис. 5, a), k_s = 1 (см. табл. 11 при S = 10,3 м²).

U_кр = (0,2 ∙ 1200 + 820 ∙ 1 ∙ 0,5) ∙ 1 = 240 + 410 = 650 мм.

Суммарную нагрузку определяем согласно п. 13 по величине U_кр = 650 мм, имеем  P₁ = 516 кН/м. По формуле (14) имеем

Принимаем п₁ = 1,25 ст/м, стойки устанавливают под каждую раму на участке протяженностью 30 м (см. табл. 12) впереди движущегося очистного забоя;

3) Проверяем металлическую рамную крепь по податливости, исходя из условия (11), где U_кр = 650 мм, k_ос = 0,88; k_ус = 0,65 (см. табл. 7); Δ ≥ 650 ∙ 0,88 ∙ 0,65 ≥ 372 мм. Условие (11) удовлетворяется, следовательно крепь КМП-А3 обеспечит сохранность выработки.

Далее, в табл. 47, показаны примеры выбора крепи и средств ее усиления в выработках, оформляемых позади очистного забоя и повторно используемых для отработки смежных лав. Выработки охраняются одинарной породной полосой, выкладываемой пневмо-закладочным комплексом.

Таблица 47

10. ВЫРАБОТКА
ВНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия: откаточный штрек, b = 4 м, h = 3 м, S = 10 м², пройден буровзрывным способом по пласту мощностью т = 2 м с углом падения α = 60° (рис. 32).

В основной кровле залегает алевролит мощностью 5,5 м и прочностью R_с = 40 МПа. Непосредственная кровля - аргиллит, R_с = 25 МПа, т = 2,5 м. Прочность угля 10 МПа, В непосредственной почве залегает алевролит, R_с = 40 МПа, т = 2 м. Ниже расположен мощный песчаник, R_с = 80 МПа. Срок службы выработки 10 лет, глубина Н = 800 м, тектоническая нарушенность незначительная, обводненность слабая.

Решение: 1) Определяем расчетное сопротивление сжатию пород в кровле, почве и боках в соответствии с п. 8. Коэффициент k_c (см. табл. 1) принимаем 0,9.

Согласно условию и рис. 32 по формуле (2) определяем

Рис 32. Расчетная схема к примеру 10

R_с.ср = 28,2 МПа.

2) Находим расчетные смещения пород по формулам (3) при k_α = 0,6 (см. табл. 2), k_θ = 1,5, k_ш = 0,6 (для кровли и почвы) и 0,4 - для боков - см. формулы (4) и (5), k_в = 1, k_t = 1, U_т.кр = 750 мм, U_т.пч = 290 мм, U_т.в.б = 550 мм (см. рис. 2, при Н = 800 м и соответствующих значениях R_с.кр, R_с.пч, R_с.б):

U_о.кр = 750 ∙ 0,6 ∙ 0,6 ∙ 1 ∙ 1 = 270 мм, U_о.пч = 290 ∙ 0,6 ∙ 0,6 ∙ 1 ∙ 1 = 104,4 мм,

U_о.в.б = 550 ∙ 0,6 ∙ 1,5 ∙ 0,4 ∙ 1 = 198 мм,

U_о.общ = 270 + 104,4 = 374,4 мм,

3) Определяем расчетную нагрузку Р, пользуясь формулами (8) и (9) по величине U при k_п = I, k_пр = 1, Р^н = 91 кПа.

Р = P^н k_п k_пр b = 91 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 364 кН/м;

4) Выбираем крепь КМП-А4 из СВП-22 с замками ЗПК, N_s = 260 кН, Δ = 400 (см. прил. 1). По формуле (12) определяем плотность установки рам крепи n ≥ 364/260 ≥ 1,4 рамы/м. Принимаем n = 1,43 рамы/м.

5) Проверяем выбранную крепь по податливости по формуле (30) при k_ос = 0,85, k_ус = 1 (см. табл. 7, 8).

Δ ≥ 0,7 ∙ 374,4 ∙ 0,85 ∙ 1 ∙ 1 ≥ 223 мм.

Условие удовлетворяется. Таким образом, принимаем крепь КМП-А4 из СВП-22 с замком ЗПК, плотность установки 1,43 рамы/м.

11. ВЫРАБОТКА,
ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия аналогичны примеру 10. Основная кровля пласта - среднеобрушающаяся.

Решение: 1) Основную крепь и плотность ее установки принимаем аналогично примеру 10: крепь КМП-А4 из СВП-22 с замком ЗПК (Δ = 400 мм, N_s = 260 кН), n = 1,43 рамы/м.

2) Выбираем средства усиления крепи на основании расчета смещений пород кровли по формуле (31):

U_кр = U_о.кр + U₁ k_к k_кр k_s k'_α,

где U_о.кр = 270 мм (см. пример 10), U₁ = 420 мм (см. рис. 11, при H = 800 м и R_с.ср = 28,2 МПа), k_к = 0,84 (при R_с.кр = 21,9 МПа, R_с.пч = 38,2 МПа) - из рис. 5 б, k_кр = 1 (см. табл. 10), k_s = 1 (см. табл. 11), k'_α= 1 (см. п. 28).

U_кр = 270 ∙ 420 ∙ 0,84 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 623 мм.

По формуле (8) находим общую расчетную нагрузку на крепь при  (из табл. 4 при U_кр = 623 мм):

Р₁ = 122 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 488 кН/м.

В качестве средств усиления выбираем деревянные стойки с N_s1 = 200 кН (см. прил. 1).

По формуле (14) определяем необходимую плотность установки средств усиления:

Принимаем n₁ = 0,71 ст/м, т.е. стойки усиления необходимо устанавливать под прогон на две рамы на длине не менее 30 м (см. табл. 12). Согласно табл. 8 имеем k_ус = 0,85.

3) Проверяем основную крепь по податливости, пользуясь формулой (30), исходя из общих смещений, определяемых по формуле (32):

U_общ = U_о.кр + U_о.пч + U₁ k_кр k_s k'_α = 270 + 104 + 420 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 794 мм;

Δ ≥ 0,7U_общ k_ос k_ус ≥ 0,7 ∙ 794 ∙ 0,85 ∙ 0,85 ≥ 397 мм.

Таким образом, принимаем крепь КМП-А4 из СВП-22 с замком ЗПК, плотность установки 1,43 рамы/м. Не менее чем за 30 м перед забоем лавы принимаем средства усиления - деревянные стойки, устанавливаемые из расчета одной на две рамы под прогон.

12. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ ВПЕРЕДИ ЗАБОЯ ЛАВЫ И СОХРАНЯЕМАЯ ЗА НИМ НА ВЕСЬ СРОК СЛУЖБЫ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия аналогичны примеру 10. Основная кровля пласта - среднеобрушающаяся. Срок службы выработки после отхода очистного забоя t₁ = 18 мес. Со стороны выработанного пространства выработка охраняется бутовой полосой высотой m' = m, k'_охр = 0,15.

Решение: 1) Основную крепь и плотность ее установки принимаем аналогично примеру 10: крепь КМП-А4 из СВП-22 с замком ЗПК (Δ = 400 мм, N_s = 260 кН), n = 1,43 рамы/м.

2) Выбираем средства усиления крепи аналогично примеру 11. Принимаем в качестве средств усиления основной крепи деревянные стойки, п₁ = 0,71 ст/м.

3) Выбираем средства усиления крепи за очистным забоем на основании расчета смещений пород кровли по формуле (33):

U_кр = U_о.кр + (U₁k_к + mk'_oxp) k_кр k_s k'_α,

где U_о.кр = 270 мм, U₁ = 420 мм, k_к = 0,84, т = 2000 мм, k'_охр = 0,15, k_кр = 1, k_s = 1, k'_α = 1, R_c.cр = 28,2 МПа, U_кр = 922,6 мм.

По формуле (8) определяем суммарную нагрузку Р₂ на крепь при  (по табл. 4 при U_кр = 923 мм).

В качестве средств усиления крепи за очистным забоем принимаем металлические стойки (N_s2 = 250 кН). По формуле (18) находим плотность их установки:

Принимаем п₂ = 1,0 ст/м.

4) Проверяем основную крепь по податливости, пользуясь выражением (30), исходя из общих смещений пород, определяемых по формуле (34):

U_общ = U_о.кр + U_о.пч + (U₁ + mk'_охр + υ₁t₁) k_кр k_s k'_α,

где υ₁ = 37 мм/мес (из рис. 12 при Н = 800 м, R_с.ср = 28,2 МПа).

U_общ = 270 + 104 + (420 + 2000 ∙ 0,15 + 37 ∙ 18) ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1769 мм.

где k_ос = 0,85; k_ус = 0,7. Имеем Δ ≤ 1053 мм. Условие (30) не удовлетворяется.

Следовательно, необходимо применять крепь с большей податливостью, например, КМП-А5 и увеличивать плотность средств усиления или предусматривать профилактический ремонт.

13. ВЫРАБОТКА, ПРОВОДИМАЯ ВПЕРЕДИ ЗАБОЯ И СОХРАНЯЕМАЯ ЗА НИМ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ НИЖЕЛЕЖАЩЕГО ЭТАЖА (ПОДЭТАЖА) В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия аналогичны примерам 10 - 12 (см. рис. 27). Откаточный штрек сохраняется за лавой с помощью деревянной органной крепи и используется в качестве вентиляционного при отработке нижележащей лавы. Срок службы выработки за верхней лавой (до погашения после прохода нижней) t = 12 мес.

Решение: 1) Принята крепь КМП-А4 (по аналогии в качестве основной, N_s = 260 кН, Δ = 400 мм), плотность 1,43 рамы/м. При этом U_o.кp = 270 мм, U_о.пч = 104,4 мм, U₁ = 420 мм, υ₁ = 11 мм/мес, k_п = k_пр = k_s = k_кр = k'_α = 1, k_к = 0,84, k'_oxр = 0,12;

2) Средства усиления впереди забоя первой лавы выбираем на основании смещений пород кровли U_кр, определяемых по формуле (31):

U_кр = U_о.кр + U₁ k_п  k_кр k_s k'_α = 270 + 420 ∙ 0,84 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 623 мм.

По формуле (8) находим расчетную нагрузку на крепь при  (см. табл. 4 при U_кр = 623 мм).

Р₁ = 121 ∙ 4 ∙ 1 ∙ 1 = 484 кН/м.

В качестве крепи усиления выбираем деревянные стойки с N_s1 = 200 кН и по формуле (14) определяем их расчетную плотность:

Впереди первой (верхней) лавы средства усиления крепи принимаем 0,71 ст/м под прогон.

Проверяем основную крепь (по податливости) по формуле (30), на основании общих смещений пород, получаемых из выражения (32):

U_общ = U_о.кр + U_о.пч + U₁ k_кр k_s k'_α = 270 + 104 + 420 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 794 мм.

По формуле (31) находим: 0,7 ∙ 794 ∙ 0,85 ∙ 0,83 = 392 мм < Δ. Условие по податливости соблюдается.

3) Средства усиления крепи позади первой и впереди второй лавы выбираем на основании смещений пород кровли U_кр, определяемых по формуле (35):

U_кр = U_о.кр + (2U₁k_к + mk'_охр) k_кр k_s k'_α = 270 + (2 ∙ 420 ∙ 0,84 + 2000 ∙ 0,12) ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1215 мм.

По формуле (8) находим общую нагрузку Р₂ на крепь при  (см. табл. 4 при U_кр = 1215 мм);

 = 161 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 644 кН/м.

По формуле (18) определяем расчетную плотность п₂ средств усиления (при N_s2 = 200 кН - деревянные стойки).

Принимаем п₂ = 1,43 ст/м.

Проверяем по податливости основную крепь по формуле (30), в которой U_общ находим из выражения (36):

U_общ = U_о.кр + U_o.пч + (2U₁ + mk'_oxр + υ₁t₁)k_крk_sk'_α = 270 + 104 + (2 ∙ 420 + 2000 ∙ 0,12 + 37 ∙ 12) ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1898 мм.

По формуле (30) получим 0,7 ∙ 1898 ∙ 0,85 ∙ 0,63 = 712 мм.

Условие (30) не удовлетворяется. Увеличив плотность только средств усиления, в данном случае погасить смещения пород невозможно.

Следует увеличить плотность как средств усиления впереди второй лавы, так и основной крепи, сооружаемой в процессе проведения выработки. Тогда, приняв n = 2,5 рамы/м (P = 650 кН/м, k_ос = 0,59) и n₂ = 2,5 ст/м (k_ус = 0,55) по формуле (30) имеем:

Δ ≥ 0,7 ∙ 1898 ∙ 0,59 ∙ 0,55 = 431 мм.

Таким образом, при проведении данной выработки, планируемой к повторному использованию, следует применять крепь КМП-А4 с плотностью 2,5 рамы/м, усиливать впереди забоя первой лавы деревянными стойками с плотностью 1,25 ст/м под прогон, а позади первой и впереди второй лавы - с плотностью 2,5 ст/м.

14. ВЫРАБОТКА, ПРОВОДИМАЯ ВПРИСЕЧКУ К ВЫРАБОТАННОМУ ПРОСТРАНСТВУ В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия аналогичны примеру 10 (см. рис. 25). Выработка шириной 4 м, высотой 3 м проводится вприсечку к выработанному пространству с оставлением угольной стенки толщиной 2 м. Срок службы выработки t = 18 мес.

На основании решения предыдущих примеров имеем: R_с.пч = 38,2 МПа, R_с.кр = 21,9 МПа, R_с.ср = 28,2 МПа, k = 0,84, k_кр = k_s = k'_α = 1, k_п = k_пр = 1.

Решение: 1) Основную крепь выбираем на основании расчетных смещений пород кровли U'_o.кр, определяемых по формуле (37):

U_о.кр = (U'_пр + 2υ'₀) k' k_s k'_α k_к,

где U'_пр = 170 мм (из рис. 14 при R_с.ср = 28,2 МПа и Н = 800 м), k' = 0,7 (см. п. 17), υ'₀ = 40 мм/мес (из рис. 15 при R_с.cр = 28,2 МПа и H = 800 м).

U'_о.кр = (170 + 2 ∙ 40) ∙ 0,7 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,84 = 147 мм.

По значению U'_о.кр из табл. 4 находим P^н = 56 кПа и по формуле (8) Р = Р^нk_пk_прb = 56 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 224 кН.

Выбираем крепь КМП-А4 (N_s = 260 кН, Δ = 400 мм) и по формуле (11) находим n ≥ Р/N_s = 0,86 рам/м. Принимаем n = 1 рама/м.

2) Выбираем средства усиления на основании смещений пород кровли U'_кр, рассчитываемых по формуле (38):

U'_кр = U'_о.кр + U'₁ k' k_к k_кр k_s k'_α,

где U'₁ = U₁ = 420 мм (см. решения предыдущих примеров).

U'_кр = 147 + 420 ∙ 0,7 ∙ 0,84 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 394 мм.

Из табл. 4 по значению U'_кр = 394 мм находим  и по формуле (8) Р₁ = 100 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 400 кН/м.

В качестве средств усиления принимаем деревянные стопки  и по формуле (14) находим:

Принимаем n₁ = 1 ст/м, k_ус = 0,7;

3) Проверяем по податливости основную крепь по формуле (30) в которой U_общ определяем по формуле:

U_общ = U'_о.кр + U'_о.пч + [υ'₀ (t - 2) + U'₁] k' k_кр k_s k'_α

где U'_о.пч = U'_пр (1 - k_к) k' k_s k'_α = 170(1 - 0,84) ∙ 0,7 ∙ 1 ∙ 1 = 19 мм.

U_общ = 147 + 19 + [40(18 - 2) + 420] ∙ 0,7 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 908 мм.

При k_ос = 0,94, k_ус = 0,7 (см. ранее) имеем:

0,7 ∙ 908 ∙ 1 ∙ 0,7 ∙ 0,94 = 418 мм > Δ.

Условие не выполняется, следовательно, необходимо увеличить плотность основной крепи и средств усиления, например, до n = 1,25 рам/м и n₁ = 1,25 ст/м. При этом k_ос = 0,87, k_ус = 0,65, и тогда 0,7 ∙ 0,87 ∙ 0,65 ∙ 908 = 359 мм ≤ Δ.

4) Таким образом, в рассматриваемых условиях в присечной выработке необходимо использовать крепь КМП-А4 с замками ЗПК, с плотностью установки 1,25 рамы/м и на протяжении не менее 35 м (см. табл. 12) впереди забоя лавы устанавливать под каждую раму одну деревянную стойку усиления.

15. ВЫРАБОТКА, ПРОВОДИМАЯ (ОФОРМЛЯЕМАЯ) ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ И ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия: вентиляционный Штрек (см. рис. 30), b = 4 м, h = 3 м, S = 10 м² (горно-геологические условия аналогичны примеру 10) оформляется за лавой и поддерживается в выработанном пространстве с помощью бутовой полосы высотой m' = 2 м в течение t = 12 мес.

Решение: 1) Основную крепь выбираем по расчетным смещениям пород кровли, определяемым по формуле (41):

U_кр = k'_охр m' k_s k'_α,

где k'_охр = 0,15 (см. табл. 19), k_s = k'_α = 1 (см. решения предыдущих примеров).

U_кр = 0,15 ∙ 2000 ∙ 1 ∙ 1 = 300 мм.

По величине U_кр = 300 мм находим Р^н = 86 кПа и по формуле (8) определяем Р = Р^нk_пk_прb при k_п = k_пр = 1 (см. решения предыдущих примеров)

Р = 86 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 344 кН/м.

Принимаем крепь КМП-А4 (N_s = 260 кН, Δ = 400 мм) и по формуле (11) находим n ≥ P/N_s = 344/260 = 1,32 рамы/м. По табл. 7 принимаем n = 1,33 рамы/м (k_ос = 0,85).

2) Проверяем по податливости металлическую крепь по формуле (30), в которой U_общ находим из выражения (42):

U_общ = (m' k'_охр + υ₂ t) k_s k'_α,

где υ₂ = 51 мм/мес (см. рис. 15 при Н = 800 м, R_с.ср = 28,2 МПа).

U_общ = 0,15 ∙ 200 + 51 ∙ 12 ∙ 1 ∙ 1 = 912 мм.

По формуле (30) получим 0,7 ∙ 0,85 ∙ 912 = 543 мм.

Поскольку условие (30) не удовлетворяется, принимаем крепь с большей податливостью, а именно КМП-А5 с ножкой 700 мм из СВП-22, с замком ЗПК (Δ = 600 мм, N_s = 260 кН) плотностью 1,33 рамы/м.

16. ВЫРАБОТКА, ПРОВОДИМАЯ ВПЕРЕДИ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ ПО ЗАВАЛУ (ОБРУШЕННЫМ ПОРОДАМ) И ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ В УСЛОВИЯХ КРУТОГО ПАДЕНИЯ

Условия аналогичны примеру 10, вентиляционный штрек проводится по завалу (обрушенным породам) и поддерживается в выработанном пространстве до погашения лавой в течение 12 мес.

Решение: 1) Основную крепь выбираем на основании расчетных смещений U с учетом коэффициента 1,5. Из решения примера 10 имеем: U_о.кр = 270 мм, U_о.пч = 104 мм, U_о.в.б = 165,6 мм. Расчетное смещение, согласно формуле (29), U = 317 мм.

По значениям 1,5U = 1,5 ∙ 317 = 475,5 м находим из табл. 4 значение Р^н = 108 кПа. По формуле (8) при k_п = k_пр = 1, b = 4 м имеем Р = 108 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 432 кН/м.

Принимаем крепь КМП-А4 (N_s = 260 кН, Δ = 400 мм) и по формуле (10) находим:

n ≥ 432/260 ≥ 1,66 рамы/м

Принимаем n = 1,67 рам/м с k_ос = 0,81.

2) Средства усиления крепи выбираем на основании расчетных смещений пород кровли, определяемых по формуле (43):

U_кр = 1,5U_о.кр + (U₁ + υ₂t) k_к k_кр k_s k'_α,

где U₁ = 430 мм, k_к = 0,82, k_кр = k_s = k'_α = 1, υ₂ = 51 мм/мес (из рис. 15 при Н = 800 м и R_c.cр = 26,3 МПа).

U_кр = 1,5 ∙ 270 + (430 + 51 ∙ 12) ∙ 0,82 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1280,0 мм.

По значению U_кр = 1280,0 мм из табл. 4 находим  и по формуле (8) P₁ = 162 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4 = 656 кН/м.

Выбираем в качестве средств усиления деревянные стойки (N_s1 = 200 кН) и по формуле (14) находим:

Принимаем п₁ = 1,1 ст/м под прогон (k_ус = 0,7).

3) Проверяем по податливости основную крепь по формуле (30), в которой U_общ находим по формуле (44):

U_общ = 1,5U_о.кр + 0,5U_о.пч + (U₁ + υ₂ t) k_кр k_s k'_α = 1,5 ∙ 270 + 0,5 ∙ 104 + (420 + 51 ∙ 12) ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 1499 мм.

По формуле (30) при k_ос = 0,81, k_ус = 0,68 получим:

0,7 ∙ 0,81 ∙ 0,68 ∙ 1489 = 574 мм > Δ.

Условие не удовлетворяется, необходима крепь с большей податливостью. Принимаем КМП-А5 с ножкой 700 мм из СВП-22, с замком ЗПК (Δ = 600 мм, N_s = 260 кН), плотность 1,67 рамы/м. Впереди забоя лавы на расстоянии 35 м устанавливаем в качестве средств усиления крепи деревянные стойки под прогон (n₁ = 1,1 ст/м).

17. ВЫРАБОТКА, ПРОЙДЕННАЯ В РАЗГРУЖЕННОЙ ЗОНЕ ОТ НАДРАБОТКИ И ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ

Выработка проводится в разгруженной зоне под выработанным пространством пласта на расстоянии от него 20 м по нормали.

Решение аналогично примеру 3, но при расчете смещений пород по формулам (3) и (12) правую часть выражений умножаем на коэффициент, принимаемый равным 0,8.

18. ВЫРАБОТКА, ПРОЙДЕННАЯ В РАЗГРУЖЕННОЙ ЗОНЕ ОТ ПОДРАБОТКИ И ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ

Условия аналогичны примеру 3. Выработка проводится в разгруженной зоне над выработанным пространством пласта на расстоянии 40 м по нормали.

Решение аналогично примеру 3, но при расчете смещений пород по формулам (3) и (12) правую часть выражений умножаем на коэффициент, принимаемый равным 0,8.

19. ВЫРАБОТКА, ПРОЙДЕННАЯ И ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ ПОД КРАЕВОЙ ЧАСТЬЮ ВЫШЕЛЕЖАЩЕГО ПЛАСТА И ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ

Условия: R_с.ср = 20 МПа, Н = 600 м, α = 10°, h_н = 20 м. Выработка находится под кромкой надрабатывающего пласта, в толще междупластья нет мощных слоев песчаника, k_кр = 1, k_s = 1 (S = 10,3 м²), проходка - комбайновая. Ширина выработки 4,1 м.

Решение: 1) Выбираем основную крепь и средства ее усиления для участка выработки, находящегося под кромкой надрабатывающего пласта. Для этого определим k_oд, установив отношение h_н/h_б.н. Из табл. 26, задаваясь условием Δ > 500 мм, найдем h_б.н = 0,5h_{б.н.табл}, где h_{б.н.табл} = 110 м. Следовательно, h_б.н = 55 м. По условию h_н = 20 м. Отношение h_н/h_б.н = 20/55 = 0,36. По табл. 20 определяем k_од = 1,6.

2) Зная k_од, выбираем крепь и средства ее усиления на основании расчета смещений пород по формулам (3) и (12) с введением k_од:

U_о.кр = U_т.кр k_α k_ш k_в k_t k_од,

где U_т.кр = 500 мм (рис. 2), k_α = 1, k_ш = 0,62, k_в = 1, k_t = 0,9 (при H/R_c.cр = 30, по рис. 3), k_од = 1,6; U_о.кр = 500 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 0,9 ∙ 1,6 = 448 мм, Р^н = 106 кПа, Р = Р^н k_п k_пр b, где k_п = 1, k_пр = 1 (табл. 6), b = 4,1 м.

Р = 106 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,1 = 434,6 кН/м.

Принимаем крепь КМП-А5 из СВП-22 с замком ЗПК, тогда n = 435/260 = 1,67 рамы/м; Принимаем n = 1,67 рамы/м;

б) выбор средств усиления крепи:

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к k_од,

где U_о.кр = 448 мм, U₁ = 810 мм (рис. 4), k_кр = 1 (кровля среднеобрушающая), k_s = 1 (табл. 11), k_к = 0,5, k_од = 1,6. U_кр = 448 + 810 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 1,6 = 1096 мм;  P₁ = 644 кН/м, я,  Принимаем n₁ = 0,835 ст/м, т.е. одна стойка под прогон на две рамы;

в) проверка крепи по податливости:

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус,

где U_кр = 1096 мм, k_ос = 0,81, k_ус = 0,78, Δ ≥ 1096 ∙ 0,81 ∙ 0,78 ≥ 692 мм.

Для участков выработки, попадающих в зону ПГД от кромки подрабатывающего пласта, принимаем крепь КМП-А5 с ножкой 900 мм, из СВП-22, с замком ЗПК, n = 1,67 рамы/м, с усилением в зоне временного опорного давления отрабатываемой лавы металлическими стойками трения из расчета одна стойка под прогон на две рамы.

20. ВЫРАБОТКА, ПРОЙДЕННАЯ И ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ НАД ЦЕЛИКОМ УГЛЯ, ОСТАВЛЕННЫМ В НИЖЕЛЕЖАЩЕМ ПЛАСТЕ, И ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ

Условия: R_с.ср = 20 МПа, Н = 600 м, угол падения 20°, мощность подрабатывающего пласта 1,5 м, пород междупластья - 40 м, выработка проводится комбайном, S = 10,3 м², b = 4,1 м, основная кровля - среднеобрушающаяся.

Решение: 1) Определяем k_од по табл. 22 на основании отношения h_п/1,5h_б.п. Из табл. 28 находим h_б.п = 0,88h_{б.п.табл}, где h_{б.п.табл} = 135 м (см. табл. 29). Следовательно, h h_б.п = 0,88 ∙ 135 = 119 м.

Отношение h_п/1,5h_б.п равно 40/202,5 = 0,198. При этом отношении величина k_од = 3,5 (см. табл. 22).

2) Зная k_од, выбираем крепь и средства ее усиления на основании расчета смещений пород по формулам (3) и (12) с введением k_од;

а) выбираем основную крепь:

U_о.кр = U_т.кр k_α k_ш k_в k_t k_од,

где U_т.кр = 500 мм (см. рис. 2), k_α = 1, k_ш = 0,62, k_в = 1, k_t = 0,9 (см. рис. 3), k_од = 3,5.

U_о.кр = 500 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 0,9 ∙ 3,5 = 976,5 мм.

Р = Р^н k_п k_прb, где P^н = 150 кПа, k_п = 1, k_пр = 1, b = 4,1 м, Р = 615 кН/м. Принимаем крепь КМП-А5 с ножкой 1200 мм и замком типа ЗПК (Δ = 1000 мм, N_s = 260 кН), n ≥ 615/260 ≥ 2,36 рамы/м. Принимаем n = 2,5 рамы/м;

б) выбираем средства усиления крепи:

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к k_од,

где U_о.кр = 976,5 мм, U₁ = 810 мм, k_кр = 1, k_s = 1, k_к = 0,5; k_од = 3,5; U_кp = 976,5 + 810 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 3,5 = 2394 мм;  Р₁ = 902 кН/м,

в) проверяем по податливости металлическую рамную крепь:

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус,

где Δ = 1000 мм, U_кр = 2394 мм, k_ос = 0,6, k_ус = 0,7, Δ ≥ 2394 ∙ 0,6 ∙ 0,7 ≥ 1005,5 мм. Условие соблюдается.

Принимаем крепь КМП-А5 с ножкой 1200 мм, имеющую податливость 1000 мм (см. прил. 1), из СВП-22, с замком ЗПК. Плотность установки крепи при проходке в зоне ПГД 2,5 рамы/м. В зоне временного опорного давления собственной лавы плотность установки средств усиления (металлических стоек трения) - одна стойка под прогон на 2,5 рамы.

21. ВЫРАБОТКА, ПРОВОДИМАЯ ВНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В СЛАБЫХ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОДАХ (НА БУРОУГОЛЬНЫХ ШАХТАХ ДНЕПРОВСКОГО БАССЕЙНА)

Условия: бортовой штрек проводится на глубине 80 м по углю (R_с.ср = 0,4 МПа, k_c = 1), в кровле и почве оставляются защитные пачки угля толщиной 0,5 м. Залегание пласта горизонтальное, α = 1 - 2°. Выше пласта залегает слой глин мощностью 5 м, в почве обводненные пески (m = 3 м). В результате дренажных работ напор подземных вод отсутствует, выработка обводнена. Бортовой штрек проводится вне влияния смежных выработок, тектонические нарушения отсутствуют. Срок службы выработки - три года.

Параметры выработки: S_св = 7 м², S_пр = 10 м², ширина выработки в свету b_св = 3,2 м, в проходке b_пр = 3,8 м, h_св = 2,1 м, h_пр = 2,7 м.

Решение: 1) Смещения пород кровли определяем по формуле:

U_о.кр = [U_пр + 12υ(t - 1)] k_вk_s,

где U_пр = 180 мм (по графику рис. 16, а при H = 80 м и R_с.cр = 0,4 МПа); υ = 2,5 мм/мес (по графику рис. 18, для условий режима незатухающей ползучести), а с учетом обводненности выработки υ = 2,5 ∙ 5 = 12,5 мм/мес (см. п. 40); k_s = 0,85 (табл. 11), k_в = 1 (см. п. 9).

U_о.кр = (180 + 12 ∙ 12,5 ∙ 2) ∙ 1 ∙ 0,85 = 408 мм.

2) Нагрузки на 1 м выработки определяем по формуле: Р = Р^н b, где b = 3,8 м, Р^н = 101 кПа (при U_о.кр = 408 мм, h = 3,8 м);

Р = 3,8 ∙ 101 = 384 кН/м.

3) Выбираем крепь согласно п. 14 по прил. 1, исходя из ширины выработки. Принимаем трапециевидную крепь КМП-Т (П) из СВП-22 с замком ЗПК (N_s = 260 кН).

Плотность установки крепи n ≥ Р/N_s ≥ 384/260 ≥ 1,47 рамы/м. Принимаем n = 1,43 рамы/м.

4) Проверку крепи по податливости производим по формуле (11) из условия Δ ≥ U_кр k_ос, где U_кр = 408,0 мм, k_ос = 0,85, Δ ≥ 408 ∙ 0,85 ≥ 347 мм. Конструктивная податливость принятой крепи выше (Δ = 700 мм). Следовательно, крепь отвечает условиям поддержания выработки. Далее в табл. 48 показаны примеры выбора основной крепи, устанавливаемой при проходке в выработке, проводимой в слабых неустойчивых необводненных породах при остальных условиях, соответствующих примеру 21.

Таблица 48

22. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ В СЛАБЫХ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОДАХ
И ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ
ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ НА ШАХТАХ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА

Условия: выемочная выработка производится по напластованию пород на глубине 370 м. Угол падения пород 2 - 5°. Вмещающие породы обладают естественной влажностью. Литологический состав показан на рис. 33. Характеристика слоев пород: 1 - алевролит, т > 5 м, R_с = 15 МПа; 2 - аргиллит, m = 2 м, R_с = 12 МПа; 3 - уголь, т = 1,2 м, R_с = 30 МПа; 4 - аргиллит, R_с = 10 МПа, т = 3 м; 5 - алевролит, т > 6 м, R_с = 17 МПа.

Рис. 33. Расчетная схема к примеру 22

Выработка проводится комбайновым способом, S_св до осадки 9,2 м², ширина в проходке 4,1 м, высота 3,5 м, срок службы 5 лет.

Решение: 1) Определяем расчетную прочность пород. Для всех пород принимаем k_с = 0,9 (см. табл. 1). Тогда R_с = 15 ∙ 0,9 = 13,5 МПа, R_с2 = 12 ∙ 0,9 = 10,8 МПа, R_с3 = 30 ∙ 0,9 = 27 МПа, R_с4= 10 ∙ 0,9 = 9 МПа, R_с5 = 17 ∙ 0,9 = 15,3 МПа.

Средневзвешенное расчетное сопротивление пород сжатию

Расчетное сопротивление пород кровли сжатию R_с.кр = 12,6 МПа, почвы - 14,2 МПа.

2) Для выбора основной крепи рассчитываем смещения пород со стороны кровли по формуле (45):

U_o.кp = [U_пр + 12υ(t - 1)] k_в k_s,

где U_пр = 260 мм (по графику рис. 16, б при Н = 370 м и R_с.ср = 13,75 МПа). υ = 5,5 мм (по графику рис. 17, б), t = 5 лет, k_s = 0,95 (см. табл. 11), k_в = 1 (см. п. 12); U_c.кр = (360 + 12 ∙ 5,5 ∙ 4) ∙ 0,95 ∙ 1 = 498 мм.

3) Нагрузки на крепь определяем по формуле (46): Р = Р^нb, где b = 4,1 м, Р^н = 110 кПа, Р = 4,1 ∙ 110 = 451,5 кН/м.

Выбираем крепь КМП-А3 из СВП-22 с замком ЗПК. При N_s = 260 кН плотность установки крепи n ≥ 451,5/260 ≥ 2 рамы/м.

4) Выбираем средства усиления крепи в зоне влияния временного опорного давления на основании расчета смещений пород кровли по формуле: U_кр = U_о.кр + U_1.кр k_s, где U_о.кр = 498 мм, U_1.кр = 170 мм (по рис. 19, б), k_s = 0,95, U_кр = 498 + 170 ∙ 0,95 = 659,5 мм.

Определяем расчетную суммарную нагрузку на крепь.  (из табл. 4), Р₁ = 4,1 ∙ 126 = 517 кН/м. Плотность средств усиления

5) Проверяем принятую крепь по податливости, используя формулу (11). Имеем Δ ≥ 659 ∙ 0,8 ∙ 1 ≥ 527 мм. Таким образом, крепь КМП-А3 не подходит. Более рациональна КМП-А5 из СВП-22 с сопротивлением 260 кН, ножкой 700 мм (Δ = 600 мм), из СВП-22, с плотностью 2 рамы/м, замок ЗПК. В зоне влияния очистных работ впереди очистного забоя усиление крепи не производится.

Далее, в табл. 49 показаны примеры выбора основной крепи и средств ее усиления в выработке, проведенной в слабых неустойчивых породах и погашаемой за очистным забоем, при других породах на различных глубинах, но при прочих условиях, соответствующих примеру 22.

Таблица 49

23. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ В СЛАБЫХ НЕУСТОЙЧИВЫХ ПОРОДАХ
ВПРИСЕЧКУ К ВЫРАБОТАННОМУ ПРОСТРАНСТВУ
НА ШАХТАХ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА

Условия аналогичны примеру 22. Присечная выработка поддерживается два года до начала влияния очистных работ.

Решение: 1) Выбираем основную крепь в присечной выработке на основании расчета смещений пород кровли по формуле:

U'_о.кр = [U'_о.кр1 + 12υ'₀ (t₀ - 1)] k_s,

где U'_о.кр1 = 160 мм (см. рис. 20, б при Н = 370 м и R_с.cр = 13,75 МПа), υ'₀ = 5,5 мм/мес (см. рис. 21, б) k_s = 0,95 (см. табл. 11), t₀ = 2 года.

U'_о.кр = (160 + 12 ∙ 5,5 ∙ 1)0,95 = 215 мм.

По табл. 4 определяем Р^н = 73 кПа. По формуле (46) Р = Р^нb = 4,1 ∙ 73 = 299 кН/м.

Принимаем крепь КМП-А3 из СВП-22 с замком ЗПК (N_s = 260 кН).

Плотность крепи n ≥ 299/250 ≥ 1,38. Принимаем n = 1,43 рамы/м.

2) Выбираем средства усиления в присечной выработке на основании расчета смещений пород кровли по формуле:

U'_кр = U'_о.кр + U'_1.кр k_s,

где U'_о.кр = 215,0 мм, U'_1.кр = 355 (из рис. 22, б), k_s = 0,95.

Имеем U'_кр = 215,0 + 355 ∙ 0,95 = 552,0 мм.

Определяем суммарную нагрузку на крепь при b = 4,1 м,  (из табл. 4). Р₁ = 4,1 ∙ 115 = 471 кН/м.

Предусматриваем в качестве средств усиления деревянные стойки.

Плотность установки средств усиления  Принимаем n₁ = 0,715 ст/м, т.е. стойку под прогон и на лежан под две рамы.

3) Проверяем податливость металлической крепи:

Δ ≥ U'_кр k_ос k_ус ≥ 552,0 ∙ 0,89 ∙ 0,91 = 447 мм.

Крепь КМП-А3 по этому параметру подходит.

В итоге принимаем в присечной выработке крепь КМП-А3 из СВП-22, с замком ЗПК, плотностью 1,43 рамы/м, с ее усилением впереди очистного забоя деревянными стойками, устанавливаемыми на лежан и под прогон, из расчета одна стойка под две рамы.

Далее, в табл. 50 показаны примеры выбора основной крепи и средств ее усиления в присечной выработке, проводимой в слабых неустойчивых пародах, при других породах, на различных глубинах, но при прочих условиях, соответствующих примеру 23.

Таблица 50

Приложение 3

МЕТОДИКА РАСЧЕТА СМЕЩЕНИЙ ПОРОД ПОЧВЫ

1. ВЫРАБОТКИ ВНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ

1.1. Смещения пород определяют по формуле:

U_o.пч = U_т.пч k_α k_ш k_в k_t.                                                      (50)

Условные обозначения - см. п. 12.

При U_o.пч более 200 мм в рельсовых выработках и более 500 мм в вентиляционных (без транспорта) и конвейерных выработках необходимо применять активные способы борьбы с пучением пород почвы.

1.2. Область наиболее эффективного применения скважинной (СР), щелевой (ЩР), взрывощелевой (ВЩР) разгрузки и способа АРПУ в выработках вне влияния очистных работ:

В этих условиях расчет смещений пород почвы следует вести по формуле:

U_o.пч = U_т.пч k_α k_ш k_в k_t k_акт.                                              (51)

где коэффициент k_акт равен для СР - 0,5, для ЩР - 0,4, для ВЩР - 0,35, для АРПУ - 0,25.

2. ВЫРАБОТКИ, ПОГАШАЕМЫЕ ЗА 1-М ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ

2.1. Смещения пород почвы для выработки одиночной лавы определяют по формуле:

U_пч = U_о.пч + U₁ k_кр  k_s (1 - k_к),                                           (52)

а для средней выработки спаренных лав при отставании второго очистного забоя от первого не более 20 м - по формуле:

U_пч = U_о.пч + 1,3U₁ k_s (1 - k_к).                                             (53)

Условные обозначения - см. п. 19.

2.2. Если в выработке применяются активные способы борьбы с пучением пород почвы (скважинной, щелевой или взрывощелевой разгрузки), то расчет смещений пород почвы ведут по формулам:

где k_акт равен для СР - 0,65, для ЩР - 0,5, для ВЩР - 0,4.

2.3. Область наиболее эффективного применения СР, ЩР и ВЩР в выработках, погашаемых за 1-м очистным забоем, приведена в табл. 38.

3. ВЫРАБОТКИ, ПОВТОРНО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
И ПОГАШАЕМЫЕ ЗА 2-М ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ

3.1. Смещения пород почвы в повторно используемой выработке определяют по формуле:

U_пч = U_о.пч + [2U₁(1 - k_к) + υ₁t₁] k_s k_кр.                                     (55)

Рис. 34. Скорость смещения пород в зоне влияния остаточного опорного давления в выработках, охраняемых искусственными ограждениями

Условные обозначения - см. пп. 12, 19, 21; υ₁ - средняя скорость смещения пород (мм/мес) в зоне остаточного опорного давления, определяемая по графику рис. 34, t₁ - время поддержания выработки в зоне остаточного опорного давления, мес.

3.2. Если в выработках применяют способы борьбы с пучением пород почвы (скважинной, щелевой, взрывощелевой разгрузки, отсечного торпедирования), то расчет смещений пород почвы ведут по формулам:

U_пч = U_о.пч + [2U₁(1 - k_к) + υ₁t₁] k_s k_кр k_акт,                                    (56)

где k_акт равен для СР - 0,45, ЩР - 0,6, ВЩР - 0,5, отсечного торпедирования - 0,35 (при Н/R_с < 5k_акт = 0,4, при H/R_с = 5 ... 20k_акт = 0,3).

3.3. Область наиболее эффективного применения СР, ЩР, ВЩР в повторно используемых выработках приведена в табл. 38.

4. ВЫРАБОТКИ,
ПРОВОДИМЫЕ ВПРИСЕЧКУ К ВЫРАБОТАННОМУ ПРОСТРАНСТВУ

4.1. Смещения пород почвы в присечной выработке определяют по формуле:

U'_пч = U'_о.пч + U'₁ k_кр k_s k' (1 - k_к).                                        (57)

Условные обозначения - см. п. 19, 20.

4.2. Если в присечных выработках для борьбы с пучением применяют отсечное торпедирование, то расчет смещений пород почвы производят по формуле:

U'_пч = U'_o.пч + U'₁ k_кр k_s k' (1 - k_к) k_акт,                                     (58)

где k_акт = 0,35.

5. ВЫРАБОТКИ,
ПРОВОДИМЫЕ (ОФОРМЛЯЕМЫЕ) ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ

5.1. Смещения пород почвы в оформляемых выработках определяют по формуле:

U_пч = (U_оф - k_охр m) k_s,                                               (59)

а для случая охраны выработок двойными двусторонними бутовыми полосами

U_пч = 0,8(U_оф - k_охрm) k_s.                                            (60)

Условные обозначения - см. п. 25. U_оф - см. рис. 35.

5.2. Наиболее эффективная область применения взрывощелевой разгрузки в оформляемых выработках: глубины 600 - 800 м и R_с = 50 - 60 МПа.

Рис. 35. Смещения пород в выработках, проводимых позади очистного забоя и охраняемых породными полосами

Расчет смещений пород почвы при применении ВЩР производят соответственно по формулам:

U_пч = 0,3k_s(U_оф - k_охрm),                                                    (61)

U_пч = 0,24k_s(U_оф - k_охрm).                                                   (62)

Приложение 4

ПРИМЕРЫ ВЫБОРА ТИПА И ПАРАМЕТРОВ КРЕПЕЙ
В ВЫРАБОТКАХ, В КОТОРЫХ ПРИМЕНЯЮТСЯ СПОСОБЫ
АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

1. ВЫРАБОТКА, ПРОВОДИМАЯ ВНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ПОЛОГОГО ПАДЕНИЯ

Согласно табл. 38 способы активного управления механическим состоянием пород, вмещающих выработки, целесообразны для пород прочностью 20 - 30 МПа на глубинах 900 - 1200 м и 20 - 40 МПа на глубинах 1200 - 1500 м.

Условия: выработка проводится по напластованию на глубине 1200 м, угол падения пород 15°. Средняя прочность пород кровли 20 МПа.

Выработка пройдена комбайновым способом, сечение в свету 10,3 м², ширина выработки 4,12 м. Срок службы выработки 10 лет, выработка сухая, вне тектонических нарушений. Производится упрочнение пород кровли.

Решение: 1) Смещение пород определяем по формуле:

U_о.кр = U_т.кр k_α  k_ш  k_в  k_t  k_акт,

где k_α = 1 (см. табл. 2 при α < 20°), k_ш = 0,2(4,12 - 1) = 0,62, k_в = 1 (см. п. 12), k_t = 0,8 (см. рис. 3), U_т.кр = 1600 мм, k_акт = 0,7.

U_о.кр = 1600 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 0,8 ∙ 0,7 = 555 мм.

2) Нагрузку на 1 м выработки определяем на основании U_о.кр по формуле:

P = P^н  k_п  k_пр  b,

где Р^н = 116 кПа (по табл. 4 при U_о.кр = 555 м и b = 4,12 м) k_п = 1,1 (см. табл. 5), k_пр = 1 (при H/R_с = 60 - см. табл. 6), b = 4,12 м (по условию), k_акт = 0,7 (см. п. 55).

Р = 116 ∙ 1,1 ∙ 1 ∙ 4,12 = 478 кН/м.

3) Принимаем крепь согласно п. 14 по прил. 1, исходя из ширины выработки. При b = 4,12 м принимаем КМП-А3 из СВП-22 с замком типа ЗПК, с сопротивлением в податливом режиме N_s = 260 кН.

4) Плотность крепи выбираем согласно п. 15 по формуле: N ≥ P/N_s ≥ 478/260 ≥ 1,8 рамы/м. Принимаем n = 2 рамы/м.

5) Проверяем податливость крепи при Р = 478 кН/м из условия Δ ≥ U_о.кр k_ос. Имеем из табл. 7 k_ос = 0,75, тогда k_акт = 555 ∙ 0,75 = 416 мм. Крепь приемлема по податливости.

6) Сопоставляя табл. 32 и данные рассматриваемого примера, видим, что применение способов активного управления механическим состоянием вмещающего выработки массива позволяет вместо крепи КМП-А5 применять КМП-А3, вместо плотности 2,5 рамы/м принимать с запасом 2 рамы/м.

2. ВЫРАБОТКА,
ПОГАШАЕМАЯ ЗА ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ ОДИНОЧНОЙ ЛАВЫ

Согласно табл. 38 способы активного управления горным давлением в погашаемых выработках целесообразны в зависимости от мощности пласта при глубинах порядка 600 м в породах прочностью 20 - 35 МПа, при Н = 900 м - в породах, R_с = 20 - 50 МПа; при Н = 1200 м - в породах, R_с = 20 - 70 МПа; при Н = 1500 м - в породах, R_с = 30 - 90 МПа.

Условия аналогичны примеру 1 данного приложения, H = 1200 м, R_с.ср = 20 МПа, S = 10,3 м², кровля среднеобрушающаяся.

Решение: 1) По аналогии с примером 1 сначала выбираем основную крепь. Для этого определяем смещения U_о.кр и U_о.пч предусматривая при проходке проведение ВЩР.

U_o.кр = U_т.кр k_α k_ш k_в k_t k_акт,

U_o.пч = U_т.пч k_α k_ш k_в k_t k_акт.

Имеем U_т.кр = U_т.пч = 1600 мм, k_α = 1, k_ш = 0,62, k_в = 1, k_t = 0,4 (при Н/R_с = 60 по графику рис. 3), k_акт = 1 (для кровли), k_aкт = 0,4 (для почвы).

U_о.кр = 1600 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 0,4 ∙ 1 = 397 мм,

U_o.пч = 1600 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 0,4 ∙ 0,4 = 159 мм.

2) По величине U_о.кр = 397 мм определяем нагрузку на крепь: Р = Р^н k_п k_прb = 101 ∙ 1,15 ∙ 1 ∙ 4,12 = 478 кН. Принимаем КМП-А3 из СВП-22 с замком ЗПК (N_s = 260 кН).

3) Определяем плотность установки основной крепи: n ≥ P/N_s ≥ 478/280 ≥ 1,8. Принимаем n = 2 рамы/м.

4) Выбираем средства усиления основной крепи на основании расчета смещений пород по формуле:

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к k_акт,

где U_о.кр = 397 мм, U₁ = 100 мм, k_кр = l, k_s = 1, k_к = 0,5; k_акт = 1.

Имеем: U_кр = 397 + 1000 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 1 = 897 мм.

5) Суммарную расчетную нагрузку на крепь выработки определяем за весь срок службы согласно п. 10 по величине U_кр = 897 мм.  Р₁ = 144 ∙ 1,1 ∙ 1 ∙ 4,12 = 653 кН/м.

6) Плотность n₁ установки средств усиления основной крепи (металлические стойки, N_s1 = 250 кН) определяем из выражения:

 

7) Проверяем КМП-А3 по податливости:

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус; 400 ≥ 897 ∙ 0,75 ∙ 0,9; 400 < 605.

Крепь по податливости не удовлетворяет. Необходима КМП-А5.

8) Смещения пород почвы в погашаемой выработке (в случае применения ВЩР) определяют по формуле:

U_пч = U_о.пч + U₁ k_кр k_s(1 - k_к) k_акт,

где U_о.пч = 159 мм, U₁ = 1000мм, k_кр = 1, k_s = 1, k_к = 0,5, k_акт = 0,4 (для почвы при ВЩР):

U_пч = 159 + 1000 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 0,4 = 359 мм.

Проведенное техническое мероприятие обеспечивает сохранение выработки в эксплуатационном состоянии, параметры крепи - 2 рамы КМП-А5 из СВП-22 с ножкой 700 мм и с замком ЗПК, средства усиления - металлические стойки из расчета 0,5 ст/м под прогон.

9) Сопоставляя табл. 34 и данные рассматриваемого примера, видим, что применение ВЩР позволяет вместо крепи КМП-А5 с ножкой 900 мм из СВП-22 с замком ЗПК и n = 2,5 рамы/м применять КМП-А5 с ножкой 700 мм (n = 2 рамы/м), но со стойками усиления из расчета 0,5 ст/м под прогон.

3. ВЫРАБОТКА, СОХРАНЯЕМАЯ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Условия: Н = 1200 м, мощность пласта 1,8 м, кровля пласта представлена слоем породы прочностью 22 МПа (R_с = k_сR = 0,9 ∙ 22 = 20 МПа), его мощность над выработкой 2,7 м. Выработка шириной 4,12 м, высотой 3,6 м эксплуатируется один год до влияния 1-го очистного забоя и один год до погашения 2-м очистным забоем. За 1-м очистным забоем выработка охраняется органной крепью. Основная кровля труднообрушающаяся. Для улучшения условий поддержания выработки вдоль нее проводят отсечное торпедирование кровли.

Решение: 1) Выбор основной крепи проводят на основании смещений пород кровли. По аналогии с примером 2 имеем: КМП-А5 из СВП-22 с ножкой 700 мм, замок ЗПК, n = 2 рамы/м.

2) Выбор средств усиления производят на основании смещений пород по формуле:

U_кр = U_о.кр + U₁ k_кр k_s k_к k_акт,

где U_о.кр = 397 мм, U₁ = 1000 мм, k_кр = 1,2, k_s = 1, k_к = 0,5, k_акт = 0,55 (для кровли), U_кр = 397 + 1000 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 0,55 = 804 мм.

3) Суммарную нагрузку на крепь выработки определяем за весь срок службы согласно п. 10 по величине U_кр = 804 мм.  P₁ = 138 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 4,12 = 568 кН/м.

4) Плотность установки средств усиления основной крепи (металлические стойки, N_s1 = 250 кН) определяем из выражения:

Принимаем n₁ = 0,5 ст/м.

5) Выбор средств усиления позади 1-го очистного и впереди 2-го очистного забоя производим на основании расчета смещений пород по формуле:

U_кр = U_о.кр + (2U₁ k_кр + m k_oxp k_t1) k_кр k_s k_акт,

где U_о.кр = 397 мм, U₁ = 1000 мм, k_к = 0,5, k_охр = 0,2, k_t1 = 0,75 (см. табл. 15), k_кр = 1,2, k_s = 1, k_акт = 0,55.

U_кр = 397 + (2 ∙ 1000 ∙ 0,5 + 1800 ∙ 0,2 ∙ 0,75) ∙ 1,2 ∙ 1 ∙ 0,55 = 1235 мм

6) Определяем суммарную нагрузку на крепь выработки по величине U_кр = 1235 мм:

7) Определяем количество средств усиления на 1 м выработки

На участках l₂ и l₃ надо устанавливать под прогон 1 ст/м.

Следовательно, в рассматриваемых условиях при Н = 1200 м и R_с = 20 МПа эксплуатационное состояние повторно используемой выработки при отсечном торпедировании обеспечивается следующими техническими решениями: основная крепь - КМП-А5 из СВП-22 с ножкой 700 мм, замок ЗПК, n = 2 рамы/м, средства усиления - впереди 1-го очистного забоя - металлические стойки, n₁ = 0,5 ст/м, позади 1-го и впереди 2-го очистного забоя - металлические стойки, п₂ = 1 ст/м.

8) Проверяем принятые средства крепления по податливости.

Δ ≥ U_кр k_ос k_ус; 700 ≥ 1235 ∙ 0,75 ∙ 0,7 > 650 мм.

Принятая крепь и средства усиления удовлетворяют требованиям податливости.

9) Сопоставляя табл. 36 для Н = 1200 м, R_с = 20 МПа при среднеобрушающейся кровле и полученные в примере данные (для труднообрушающейся кровли) видно, что применение отсечного торпедирования позволяет вместо 2,5 рам КМП-А5 с ножкой 1200 мм устанавливать КМП-А5 с ножкой 700 мм плотностью 2 рамы/м, но с усилением в зоне 1₁ стойками из расчета 0,5 ст/м. В зонах l₂ и l₃ вместо 1,75 ст/м плотность установки металлических стоек уменьшилась до 1 ст/м.

10) Смещения пород почвы в повторно используемой выработке

U_пч = U_о.пч + [2U₁(1 - k_к) + υ₁t₁] k_кр k_s k_акт,

где k_акт для почвы равно 0,35.

U_о.пч = U_т.пч k_α k_ш k_в k_t = 1600 ∙ 1 ∙ 0,62 ∙ 1 ∙ 0,4 = 397 мм,

U_пч = 397 + (2 ∙ 1000 ∙ 0,5 + 114 ∙ 12) ∙ 1,2 ∙ 1 ∙ 0,35 = 1392 мм.

11) Первоначальная высота выработки с 3,6 м уменьшилась на 1,4 + 0,65 = 2,05 м. Требуемая ПБ высота выработки (не менее 1,8 м) может быть соблюдена при подрывке почвы на 250 мм.

4. ВЫРАБОТКА,
ПРОВОДИМАЯ ВПРИСЕЧКУ К ВЫРАБОТАННОМУ ПРОСТРАНСТВУ

Условия: H = 1200 м, мощность пласта 1,8 м кровля, пласта представлена слоем породы (R_с = 20 МПа, т = 2,7 м над выработкой). Основная кровля - труднообрушающаяся (m = 10 м, R_с = 80 МПа). Ширина выработки 4,1 м, высота 3,6 м. Выработка пройдена с оставлением целика угля шириной 2 м. В выработке производят отсечное торпедирование.

Решение: 1) Выбор основной крепи производят на основании смещений пород кровли. Поскольку в кровле залегает слой слабых пород мощностью более 2 м, то расчет ведут по R_с = 20 МПа.

U'_о.кр = (U'_пр + 2υ'₀) k' k_s k_к. При k_к = 0,5U'_о.кp = U'_о.пч. U'_о.кр = (360 + 2 ∙ 117) ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 = 297 мм.

2) По величине U'_о.кр = 297 мм определяем расчетную нагрузку P = Р^н k_п k_пр b. Имеем Р = 87 ∙ 1,0 ∙ 1 ∙ 4,1 = 357 кН/м. Принимаем крепь КМП-А3 из СВП-22 с замком типа ЗПК ( N_s = 260 кН).

Определяем плотность установки крепи: n ≥ Р/N_s, n ≥ 357/260 ≥ 1,37, принимаем n = 1,43 рамы/м.

3) По формуле U'_кр = U'_o.кр + U'₁ k_кр k_s k_к k' k_акт определяем U'_кр = 297 + 1080 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 0,55 = 653,4 мм. По U'_кр = 653 мм определяем суммарную расчетную нагрузку на основную крепь и средства ее усиления. Имеем Р₁ = 125 ∙ 1,0 ∙ 4,1 = 513 кН/м.

Определяем плотность средств усиления крепи:

Принимаем n₁ = 0,71 ст/м.

4) Проверяем крепь по податливости: Δ = 400 ≥ 653 ∙ 0,84 ∙ 0,83 = 455 мм. Крепь не удовлетворяет требованиям. Необходимо принимать КМП-А5 с ножкой 700 мм из СВП-22.

5) Определяем смещения пород почвы

U'_пч = U'_o.пч + U'₁ k_кр k_s(1 - k_к) k' k_акт,

где U'_o.пч = 297 мм, U'₁ = 1080 мм, k_кр = 1,2, k_s = 1; k_к = 0,5, k' = 1, k_акт = 0,35.

Имеем U'_пч = 297 + 1080 ∙ 1,2 ∙ 1 ∙ 0,5 ∙ 1 ∙ 0,35 = 465 мм.

6) Проведенное техническое мероприятие обеспечивает сохранение выработки в эксплуатационном состоянии. Параметры крепи: 1,43 рамы/м КМП-А5 из СВП-22 с ножкой 700 мм, с замком ЗПК и усиление крепи металлическими стойками из расчета 0,71 ст/м. За счет уменьшения пучения почвы высота выработки составит 3,6 - (0,465 + 0,455) = 2,68 м.

Если бы не проводилось отсечное торпедирование, в выработке следовало бы устанавливать крепь из расчета 1,67 рамы/м и стойки плотностью 1 ст/м. Пучение пород почвы составило бы 945 мм. Общее уменьшение высоты выработки равнялось бы 1600 мм, а высота выработки - 2,0 м.

СОДЕРЖАНИЕ