Для горизонтальных горно-разведочных выработок установлены две формы поперечных сечений: трапециевидная (Т) и прямоугольносводчатая с коробовым сводом (ПС). На рис. 9-10 показаны типовые сечения горных выработок различной формы.
Различают площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету, в проходке и вчерне. Площадь в свету (S CB) - это площадь, заключенная между крепью выработки и ее почвой, за вычетом площади сечения, которая занята насыпанным на почве выработки балластным слоем (при его наличии).
Площадь в проходке (5 пр) - площадь выработки, какой она получается в процессе проведения до возведения крепи, настилки рельсового пути, устройства балластного слоя и прокладки инженерных коммуникаций (кабелей, воздухо-, водопроводов и пр.). Площадь вчерне (S BH) - площадь выработки, которая получается при расчете (проектная площадь).
Допустимые превышения площади в проходке над проектной (вчерне) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Рис. 9.1. Типовое сечение выработок трапециевидной формы с деревянной крепью: а - скреперная доставка породы; б - конвейерная доставка породы; в -ручная откатка породы; г - локомотивная откатка породы; д - двухпутевая выработка с локомотивной откаткой породы
Рис. 10. Типовое сечение выработок с монолитной бетонной крепью с локомотивной откаткой породы: а - однопутевая; б - двухпутевая
Рис. 9.2. Типовое сечение выработок прямоугольно-сводчатой формы без крепления или с анкерным (набрызг-бетонным) креплением: а - скреперная доставка породы; б - конвейерная доставка породы; в -ручная откатка породы; г - локомотивная откатка породы; д - двухпутевая выработка с локомотивной
откаткой породы
Таким образом, площадь сечения выработки в проходке
или, с другой стороны,
Так как S B4 = S CB + S Kр, то расчет площади сечения выработки начинают с расчета в свету, где S Kp - сечение выработки, занимаемое крепью; К п - коэффициент перебора сечения (коэффициент излишка сечения - КИС).
Размеры площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету определяют исходя из условий размещения транспортного оборудования и других устройств с учетом необходимых зазоров, регламентированных Правилами безопасности.
При этом необходимо рассмотреть следующие возможные случаи проведения выработок и расчета сечения:
При расчете размеров площади сечения по наибольшим габаритам подвижного состава необходимо сделать поверочный расчет (рис. 11):
Расшифровка данных приведена ниже (табл. 5).
3. Выработка проходится без крепления. Тогда размеры сечения рассчитываются по наибольшим габаритам проходческого оборудования или подвижного состава.
Основные размеры подземных транспортных средств стандартизированы с целью типизации сечений выработок, конструкции крепи и проходческого оборудования.
Для выработок трапециевидной формы разработаны типовые сечения с применением сплошной крепи, крепи вразбежку, с затяжкой только кровли и с затяжкой кровли и боков.
Типовые сечения выработок прямоугольно-сводчатой формы предусмотрены без крепи, с анкерной, набрызг-бетонной и комбинированной крепями.
Основные размеры типовых сечений выработок типа Т и ПС даны в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Основные размеры сечений выработок трапециевидной формы (Т)
|
Обозначе- |
Размеры сечения, мм |
Обозначе- |
Размеры сечения, мм |
||||||
|
Площадь сечения в свету, м 2 |
Площадь сечения в свету, м 2 |
||||||||
Таблица 4
Основные размеры сечений выработок прямоугольно-сводчатой
формы (ПС)
|
Обозначение |
Размеры сечения, мм |
Площадь сечения в свету, м 2 |
||||
Рис. 11. Схемы условий работы погрузочной машины в забое: а - в незакрепленном призабойном пространстве; б - в закрепленном призабойном пространстве
Расчетные формулы для определения размеров сечений выработок типов Т и ПС приведены в табл. 5, 6.
Таблица 5
Выработки трапециевидной формы
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
Транспортного оборудования |
Выбирается по каталогам |
||
|
Свободного прохода |
|||
|
От почвы до головки рельс |
h =hi + h p + 1/3 /г шп |
||
|
Балластного слоя (трапа) |
|||
|
Выработки от головки рельса |
Выбираются |
||
|
до верхняка |
в соответствии с ПБ |
||
|
Выработки в свету: |
|||
|
без рельсового пути |
|||
|
при скреперной уборке породы |
|||
|
при конвейерной доставке породы |
h 4 = h + hi |
||
|
при наличии рельсового пути: |
|||
|
без балластного слоя |
h 4 = h + hi |
||
|
с балластным слоем |
h 4 = h + Л3-Л2 |
||
|
Выработки вчерне: |
|||
|
без балластного слоя |
hs = h 4 + d + ti |
||
|
с балластным слоем |
hs = h 4 + hi + d + ti |
||
|
Транспортного оборудования |
Из каталогов оборудования |
||
|
Свободного прохода на высоте h |
Выбираются в соответствии с ПБ |
||
|
Прохода на уровне транспортного оборудования |
|||
|
В свету на уровне транспортного оборудования: |
|||
|
при скреперной уборке |
Ь = В + 2т |
||
|
однопутевой |
Ь = В + т + п |
||
|
двухпутевой |
Ь = 2В + с + т-п |
||
|
Выработки в свету по верхняку: без рельсового пути |
b = b-2{h-H) ctga |
||
|
при наличии рельсового пути |
B=b- 2{hi - H) ctga |
||
|
По подошве: |
|||
|
без рельсового пути |
bi = b + 2 H ctga |
||
|
при наличии рельсового пути без балластного слоя |
Z>2 = 6 + 2(#+/ji)ctga |
||
|
с балластным слоем |
Z>2 = 6 + 2(#+/ji)ctga |
||
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
Выработки вчерне: |
|||
|
верхнего основания |
Ьз = b+ 2 (d + t 2) sina |
||
|
нижнего основания с балластным слоем |
Ьа |
Ьа = Ьз + 2 hs ctga |
|
|
без балластного слоя |
Ьа = b 2 + 2 {d + t 2) sina |
||
|
Между транспортным оборудовани- |
Выбирается согласно ПБ |
||
|
ем и стенкой выработки |
(т > 250 мм, с > 200 мм) |
||
|
Между подвижными составами |
|||
|
Стоек, верхняка из кругляка |
|||
|
Расчетное |
|||
|
Расстояние, мм |
От оси пути (конвейера) до оси выработки: однопутевой |
к = (щ + Ы 2 )-Ы 2 |
|
|
двухпутевой |
к = Ы 2 -(щ+Ы 2 ) |
||
|
Поперечного сечения: в свету |
Р = Ь + 62 + 2Л4/sin a |
||
|
Pi = Ьз + Ьа + 2/г5/sin a |
|||
|
Поперечного сечения: в свету |
S CB = /24(61 + b 2 )l 2 |
||
|
S m = /25(63 + 6 4)/2 |
|||
Таблица 6
Выработки прямоугольно-сводчатой формы
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
при набрызг-бетонной, штанговой и комбинированной крепях |
ho = bl4 |
||
|
при бетонной крепи |
ho = b/2 |
||
|
Выработки в свету: |
|||
|
без рельсового пути: |
|||
|
при скреперной уборке породы |
h 4 = h + ho |
||
|
при конвейерной |
h 4 =h + /?2 + ho |
||
|
при наличии рельсового пути: без балластного слоя |
h 4 = h + /?2 + ho |
||
|
с балластным слоем |
h 4 = h + ho |
||
|
Выработки вчерне |
hs = h + hi + ho +1 |
||
|
Стенки выработки вчерне: |
|||
|
при скреперной уборке породы |
|||
|
с балластным слоем (трапом) |
he = h + hi |
||
|
Транспортного оборудования |
Выбирается по каталогам |
||
|
Выработки в свету: |
|||
|
однопутевой |
b=В + m+n |
||
|
двухпутевой |
b = 2B + c + m + n |
||
|
Выработки вчерне |
bo = b + 2t |
||
|
Осевой дуги свода: |
|||
|
при ho = Ы4 |
R = 0,%5b |
||
|
при ho = Ы 3 |
R = 0,6926 |
||
|
Боковой дуги свода: |
|||
|
при ho = ЫА |
r = 0,1736 |
||
|
при ho = ЫЪ |
r = 0,262b |
||
|
Периметр поперечного выработки, |
|||
|
при ho = ЫА: без балластного слоя |
P = 2he+ 1,219 |
||
|
с балластным слоем при ho = b/3: без балластного слоя |
P = 2h+ 1,219 P = 2he + 1,33 b |
||
|
с балластным слоем |
P = 2h+ 1,33 b |
||
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
Периметр поперечного выработки, |
Вчерне: при ho = Ы4 при ho = Ы 3 |
/>1=2*6+1,19*0 />! = 2*6+1,33 bo |
|
|
Площадь поперечного сечения выработки, м 2 |
|||
|
при ho = ЫА при ho = Ы 3 |
S CB = b(h + 0,15b) S CB = b(h + 0,2b) |
||
|
без крепи или штанговой крепи |
S B4 = b(h 6 +0,n5b) |
||
|
при набрызг-бетонной и комбинированной крепи при бетонной крепи прямоугольной части выработки |
S B4 = bo(h 6 +0,15b) S B ч = S CB + S+ S 2 + S 3 S = 2A 6 /[ |
||
|
сводчатой части выработки |
S 2 = 0,157(1 + Ao/6)(6i 2 -6 2) |
||
|
подпочвенной части крепи |
S 3 |
Si = 2/27/ + hg(t}-t) |
|
|
Размеры подпочвенной части крепи |
Выбираются в зависимости от свойств пород и ширины |
||
|
Высота разделки |
выработки |
||
Все горизонтальные выработки, по которым производится транспортирование грузов, должны иметь на прямолинейных участках зазоры между крепью или размещенным в выработке оборудованием, трубопроводами и наиболее выступающей кромкой габарита подвижного состава не менее 0,7 м {п > 0,7) (свободный проход для людей), а с другой стороны - не менее 0,25 м (т > 0,25) при деревянной, металлической и рамных конструкциях железобетонной и бетонной крепи и 0,2 м - при монолитной бетонной, каменной и железобетонной крепи.
Ширина свободного прохода должна быть выдержана на высоте выработки не менее 1,8 м (h = 1,8).
В выработках с конвейерной доставкой ширина свободного прохода должна быть не менее 0,7 м; с другой стороны - 0,4 м.
Расстояние от верхней плоскости ленты конвейера до верхняка или кровли выработки - не менее 0,5 м, а у натяжных и приводных головок - не менее 0,6 м.
Зазор с между встречными электровозами (вагонетками) по наиболее выступающей кромке - не менее 0,2 м (с > 0,2 м).
В местах сцепки-расцепки вагонеток расстояние от крепи или размещаемого в выработках оборудования и трубопроводов до наиболее выступающей кромки габарита подвижного состава должно быть не менее 0,7 м с обеих сторон выработки.
При откатке контактными электровозами высота подвески контактного провода должна быть не менее 1,8 м от головки рельса. На посадочных и погрузочно-разгрузочных площадках, в местах пересечения выработок с выработками, где имеется контактный провод и по которым передвигаются люди, - не менее 2 м.
В околоствольном дворе - в местах передвижения людей до места посадки - высота подвески не менее 2,2 м, в остальных околоствольных выработках - не менее 2 м от головки рельсов.
В околоствольных дворах, на основных откаточных выработках, в наклонных стволах и уклонах при применении вагонеток емкостью до 2,2 м 3 должны применяться рельсы типа Р-24.
Шахтные рельсовые пути при локомотивной откатке, за исключением выработок с пучащей почвой и со сроком службы менее 2 лет, должны быть уложены на щебеночном или гравийном балласте из крепких пород с толщиной слоя под шпалами не менее 90 мм.
Для открытых горно-разведочных выработок обосновать способ проходки, применяемое оборудование и в соответствии с углом естественного откоса горных пород выбрать и обосновать форму и размеры поперечного сечения с учётом проектной глубины выработки.
Для подземных горно-разведочных выработок обосновать способ проходки и соответствующее горнопроходческое оборудование, выбрать и обосновать форму и размеры поперечного сечения выработки в свету.
В зависимости от физико-механических свойств горных пород, а также исходя из габаритов транспортного и технологического оборудования (электровозов, вагонеток, погрузочных машин) с учётом величин зазоров, предусмотренными правилами безопасности (ПБ) при геологоразведочных работах, определяются размеры поперечного сечения горных выработок в свету. Размеры выработок в проходке определяются с учётом толщины крепи и затяжек, а также высоты путевого устройства (балласт, шпала, рельсы).
Горные выработки могут проводиться с креплением и без крепления. В качестве крепёжного материала применяют дерево, бетон, железобетон, металл и другие материалы. Форма сечения может быть: прямоугольная, трапециевидная, сводчатая, круглая, эллиптическая.
Горизонтальные и наклонные разведочные выработки имеют, как правило, малый срок службы, поэтому основным видом крепи является дерево, форма сечения – трапециевидная. При проходке без крепления форма сечения – прямоугольно-сводчатая.
Для трапециевидной формы сечения выработки с рельсовым транспортом (рис. 1 ) расчёт площади поперечного сечения выработки рекомендуется вести в следующей последовательности.
По габаритам (ширине и высоте) применяемого электровоза или вагонетки (при ручной откатке) определяют ширину однопутной выработки в свету на уровне кромки подвижного состава:
B = m + A + n`
и ширину двухпутной выработки:
B = m + 2A + p +n`
m – размер зазора на уровне кромки подвижного состава, мм (принимается равным 200 – 250мм );
p – зазор между составами, мм (200мм );
n` - размер прохода для людей на уровне кромки подвижного состава, мм :
n` = n + * ctg ;
n – размер прохода на высоте 1800мм от уровня балластного слоя, равный не менее 700мм ;
h – высота электровоза (вагонетки) от головки рельса, мм ;
h a - высота верхнего строения пути от балластного слоя до головки рельса, равная 160мм ;
83 0 – угол наклона стоек, принятый по ГОСТ 22940-85 для разведочных выработок.
Высота выработки от головки рельса до верхняка в случае применения контактных электровозов (до осадки крепи):
h 1 = h кп. + 200 + 100 ,
h кп. – высота подвески контактного провода (не менее 1800мм );
200мм – зазор между контактным проводом и крепью;
100мм – величина возможной осадки крепи под действием горного давления.
При других видах транспорта высота h 1 определяется графическим построением с учётом зазора C между транспортным оборудованием и вентиляционным трубопроводом: при транспортировании аккумуляторными электровозами 250мм , при ручной откатке – 200мм .
При транспортировании аккумуляторным электровозом:
h 1 = h + d т + 250 + 100 ,
где h – высота электровоза, мм ;
d т - диаметр вентиляционного трубопровода, мм .
Высота h 1 в общем случае не должна быть меньше высоты погрузочной машины при поднятом ковше (у ППН-1с эта высота составляет 2250мм ) за вычетом высоты балластного слоя, т. е. h 1 2250мм .
Ширина выработки в свету по балластному слою:
l 2 = B + 2(h + h a) * ctg ;
Ширина выработки в свету по кровле:
l 1 = B – 2(h 1 - h) * ctg ;
Высота выработки от балластного слоя до крепи после осадки:
h 2 = h 1 + h a ;
Площадь поперечного сечения выработки в свету после осадки:
S св = 0, 5(l 1 + l 2) * h 2 ;
Ширина выработки вчерне по кровле (при креплении вразбежку с затяжкой боков):
l 3 = l 1 + 2d ,
где d – диаметр стойки крепи (не менее 160мм ).
Ширина выработки по почве вчерне при креплении вразбежку с затяжкой боков:
l 4 = B +
,
где h в = 320мм – высота от почвы выработки до головки рельса:
h в = h a + h б ,
где h б – высота балластного слоя.
Высота выработки от почвы до крепи (до осадки):
h 3 ` = h 3 + 100 ,
где . h 3 - высота выработки от почвы до верхняка (после осадки).
Высота выработки вчерне до осадки при наличии затяжки:
h 4 ` =h 3 ` + d + 50 ,
где d – диаметр крепёжного леса, мм ;
50мм – толщина затяжки.
Высота выработки после осадки:
h 4 = h 4 ` - 100
Площадь сечения выработки вчерне до осадки:
S 4 = 0, 5(l 3 + l 4) * h 4 `
Вертикальная осадка, равная 100мм , допускается только при деревянной крепи.
В выработках применяют укладку деревянных шпал и настилку пути из рельсов Р24 для вагонеток вместимостью до 2м 3 . При проведении разведочных выработок используют вагонетки ВО-0,8; ВГ-0,7 и ВГ-1,2 вместимостью соответственно 0,8; 0,7; 1,2м . При ручной откатке вагонетками ВО-0,8 и ВГ-0,7 , а также электровозами АК-2у применяют рельсы Р18 . Шпалы укладывают в балластный слой толщиной 160мм , погружая их на 2/3 его толщины.
При прямоугольно-сводчатой форме высота выработки в свету складывается из высоты стенки от уровня балластного слоя и из высоты свода (рис. 2 ).
Высоту выработки вчерне H определяют как высоту в свету плюс толщина крепи в своде при монолитной бетонной крепи или плюс 50мм при набрызг-бетонной, анкерной (штанговой) и комбинированной крепях. Высота стенки от уровня головки рельса до пяты свода h 1 при транспортировании аккумуляторными электровозами определяется в зависимости от высоты электровоза. Высота выработок при транспортировании контактными электровозами должна удовлетворять условиям, при которых обеспечиваются минимальные зазоры между электровозом (вагонеткой) и крепью, а также между токоприёмником и крепью.
Высота вертикальной стенки от уровня тапа до пяты свода h 2 = 1800мм . Высоту свода h 0 принимают в зависимости от коэффициента крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова.
Для монолитной бетонной крепи при коэффициенте крепости f =3:9, h 0 = B/3 .
Для набрызг-бетонной и анкерной крепи и в выработках без крепи f 12 , h 0 =B/3 , а при f 12, h 0 =B/4 .
Кривая тррёхцентрового (коробового) свода образуется тремя дугами: осевой - R и двумя боковыми - r . Радиусы свода в зависимости от его высоты:
| Высота свода | h 0 | B/3 | B/4 |
| Радиус осевой дуги | R | 0,692 | 0,905 |
| Радиус боковой дуги | r | 0,262 | 0,173 |
Проектная ширина выработки B 1 при бетонной крепи состоит из ширины выработки в свету и удвоенной толщины крепи, а при набрызг-бетонной, анкерной и комбинированной крепи – из ширины выработки в свету плюс 100мм .
Ширина однопутной выработки в свету:
B = m + A + n
Ширина двухпутной выработки в свету:
B = m + 2A + p + n ,
где n = 700мм; p = 200мм .
Высота вертикальной стенки выработки от головки рельса:
h 1 = h 2 – h a = 1800 – 160 = 1640мм.
Ширина выработки вчерне при набрызг-бетонной и анкерной крепи:
B 1 = B +2 = B + 100 ,
где = 50мм – толщина крепи, принимаемая при расчёте.
Площадь сечения выработки в свету при высоте свода h 0 = B/3 :
S св. = B (h 2 + 0,26B),
при h 0 = B/4 : S св = В (h 2 + 0,175B) ,
где h 2 = 1800мм – высота вертикальной стенки от уровня трапа (балластного слоя).
Высота стенки от почвы выработки:
h 3 = h 2 + h б = h 1 + h B .
Параметр выработки в свету при h 0 =B/3 :
P B = 2h 2 + 2,33B ,
при h 0 =B/4 : . P B = 2h 2 +2219B
Площадь сечения выработки вчерне при набрызг-бетонной, анкерной, комбинированной крепи при h 0 =B/3 :
S ч. = B 1 (h 3 + 0,26B 1) ,
при h 0 =B/4 : S ч. = B 1 (h 3 + 0,175B 1) .
После определения площади поперечного сечения принимаем по ГОСТ 22940-85 ближайшее стандартное сечение и выписываем его размеры для дальнейших расчётов. По этому стандарту определяют только площадь сечения выработки в свету, а площадь сечения вчерне устанавливают в зависимости от принятой формы сечения, вида и толщины крепи по выше приведённым формулам.
В таблице 1 приведены типовые сечения и базовое оборудование, принятое при расчёте сечения в свету, а также габариты базовых транспортных средств.
Шурфы по глубине условно делятся на мелкие (до 5м ), средние (5 – 10) и глубокие (до 40м ). Глубина шурфов зависит от стадии разведки и геологических условий. В зависимости от физико-механических свойств пород, способа проходки и конструкции крепи, шурфы проходят круглой и прямоугольной формы. С увеличением глубины шурфа площадь поперечного сечения в свету увеличивается. Шурфы глубиной до 10м обычно имеют одно отделение, а при глубине до 20м могут быть с двумя отделениями. Типовыми сечениями (ГОСТ 41-02-206-81) , предусматривается проходка шурфов с площадью поперечного сечения в свету от 0,8 до 4м 3 и геометрические размеры (табл. 2).
Площадь сечения в свету- это площади, ограничен внутр. Контуром крепи и поверх балластного слоя рельсового пути (без учета толщины крепи)
Площадь сечения вчерне – площадь по наружному контуру крепи, включая затяжку и почве выработки.
Площадь ограниченная ее проектным контуром, опр-ся путем сложения размроввыр-ки в свету с толщиной крепи с учетом толщины затяжки и забутовки.
Площадь поперечного сечения выработки в проходке предст собой площадь ограниченную контуром выработки в забое (ее принимают на 3-5 % больше площади вчерне).
По характеру связи между твердыми частицами грунты подразделяются на сыпучие, связные и скальные.
Сыпучие, несвязные грунты характеризуются отсутствием сцепления между частицами, значительной водопроницаемостью, малой сжимаемостью, высокой величиной сил внутреннего трения и быстротой деформаций под нагрузкой.
Связные грунты отличаются малой водопроницаемостью; присутствие в них воды обусловливает молекулярные силы сцепления. Поэтому связные грунты характеризуются значительным оцеплением между частицами, большими деформациями под нагрузкой и длительностью деформаций.
В скальных грунтах их частицы жестко связаны между собой цементирующим веществом, и эта связь при ее нарушении не восстанавливается.
Более полная классификация и характеристика грунтов приведены в справочниках и специальной литературе.
Свойства грунтов оказывают существенное влияние на характер их разработки и производительность машин. В связи с этим при выборе типа машины для земляных работ надо учитывать характерные свойства и состояние разрабатываемых грунтов. Наиболее важные с этой точки зрения свойства грунтов - сопротивление разработке и устойчивость их как основания, на котором установлена машина, определяются в основном гранулометрическим составом и физико-механическими свойствами грунта.
работ надо учитывать характерные свойства и состояние разрабатываемых грунтов. Наиболее важные с этой точки зрения свойства грунтов - сопротивление разработке и устойчивость их как основания, на котором установлена машина, определяются в основном гранулометрическим составом и физико-механическими свойствами грунта.
Гранулометрический состав грунта характеризуется процентным содержанием по весу частиц различной величины. Крупность отдельных частиц нескальных грунтов составляет: гальки 40 мм; гравия 2-40 мм; песка 0,25-5 мм; песчаной пыли 0,05- 0,25 мм; пылеватых частиц 0,005-0,05 мм и глинистых частиц 0,005 мм.
Для оценки наиболее важных физико-механических свойств грунта имеют значение объемная масса, разрыхляемоеть, влажность, угол естественного откоса, связность (сцепление), трещиноватость, слоистость.
