Продолжительность подготовительного периода

 

Строительство шахты (рудника) наряду с выполнением боль­шого объема сложных горно-строительных работ требует (до начала производства собственно горных работ) сооружения различных объ­ектов на площадке будущей шахты - строительство горнотехни­ческих зданий и сооружений, объектов энергетического и транспортного назначения, водоснабжения, монтаж различных машин и механизмов и т. д. Указанный перечень работ как первый этап строительства горного предприятия принято называть подготовительным периодом.

Продолжительность подготовительного периода является одной из составных частей строительства всего горного предприятия. Все работы подготовительного периода необходимо планировать и осуществлять в кратчайшие сроки.

Продолжительность подготовительного периода исчисляется от начала строительно-монтажных работ на промышленной площадке до начала проходки ствола. На продолжительность подготовительного периода оказывают влияние мощность горного предприятия, рельеф местности, степень освоенности района строительства, расстояние от промплощадки до магистральных железных и автомобильных дорог, источников энергии и водоснабжения и др.                                               

По нормативам продолжительность подготовительного периода равна 12 месяцам при производственной мощности шахты 600 тыс.т/год и 16 месяцам при мощности шахты 3 млн.т/год.                      Фактическая продолжительность подготовительного периода сос­тавляет 20-24 месяца и более, что влияет на удорожание стоимости работ строительства всего предприятия.

Сократить продолжительность работ подготовительного периода и всего срока строительства горного предприятия можно за счет:

- своевременного обеспечения строительства проектно-сметной документацией;

- своевременного выделения в требуемых объемах материалов, полуфабрикатов оборудования, финансовых средств;

- максимальной индустриализации строительства, научной орга­низации труда, планирования и управления производством работ;

- максимального использования постоянных зданий и сооружений для проходческих целей;

- максимального применения передвижного проходческого комплекса.

Отрицательное влияние на показатели строительства горного предприятия оказывает разнообразие технических решений по размещению объектов на промплощадке, вызванное неполным использованием типовых технологических схем по оснащению ствола.

 

2.6 Определение категории устойчивости пород протяжённой

    части ствола

 

Устойчивость пород протяженной части ствола характеризуется критерием устойчивости С, определяемым по формуле                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

 

,          (2.6)

 

где К_r - коэффициент, учитывающий взвешивающее действие воды. Для необводнённых пород равен 1; 

К_сб - коэффициент воздействия на ствол других выработок. Для протяженных участ­ков ствола равен 1, для сопряжений - 1,5;

К_ц - коэффициент воздействия на ствол очистных работ. Для участков, не испытывающих воздейст­вия, равен 1; при воздействии очистных работ К_ц принимается по данным специализированных организаций;

Н_р - расчётная глубина заложения ствола, м. Определяется по формуле

 

                             Н_р=Нк,                                              (2.7)

 

где Н - проектная глубина заложения ствола, м;

к - коэффициент, учитывающий отличие напряжённого состояния массива горных пород по сравнению с напряжённым состоянием, вызванным собственным весом пород до поверхности. Принимается равным 1 для обычных горно-геологических условий, а в зонах тектонических нарушений 1,5;

- коэффициент влияния угла залегания пород. Для  горизонтального  залегания =1, а в остальных  случаях  определяется по формуле

 

               ,                                      (2.8)

 

где α - угол залегания пород, град;

R _с - расчётное сопротивление пород (массива) сжатию, МПа, определяется по формуле

 

R _с = R К_с,                                               (2.9)

 

где R - среднее значение сопротивления пород в образце при одноосном сжатии, МПа;

К_с - коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенность массива пород поверхностями (скольжения) без сцепления или с малой связностью (трещины, слоистые прослойки) (таблица 2.2).

 

Таблица 2.1 - Значение коэффициента К_с

Среднее расстояние между поверхностями ослабления пород, м	Значение коэффициента Кс
более 1,5	0,9
от 1,5 до 1,0	0,8
от 1,0 до 0,5	0,6
от 0,5 до 0,1	0,4
менее 0,1	0,2

 

Отнесение пород к категории устойчивости производится согласно таблицы 2.2.

 

Таблица 2.2 - Отнесение пород к категории устойчивости

Категория устойчивости пород	Оценка состояния устойчивости пород	Критерий устойчивости С пород вертикальной выработки
I	устойчивые	до 3
II	среднеустойчивые	от 3 до 6
III	неустойчивые	от 6 до 10
IV	очень неустойчивые	более 10

 

2.7 Определение нагрузки на крепь протяжённой части    

    вертикальных стволов (шурфов)

 

Расчётное горизонтальное (радиальное) давление пород Р_n, кПа (тс/м²) на крепь протяженной части вертикальной выработки при отсутствии влияния горизонтальных деформаций от воздействия очистных работ и давления воды определяется по формуле

 

                                           (2.10)

 

где n - коэффициент перегрузки, равный 1,3;

- коэффициент условий работы крепи, зависящий от типа крепи: набрызгбетонная - = 0,5; сборная железобетонная - =0,75; монолитная  - = 0,80;

n _n - коэффициент приведения к расчётному (максимальному) давлению при неравномерной эпюре нагрузок, зависящий от угла залегания пород и схемы проходки ствола (таблица 2.3);

Р^н - нормативное давление на крепь, кПа; (тс/м²), определяемое для пород первой, второй и третьей категорий устойчивости по формулам

 

           при С ≤ 6   ,                        (2.11)

           при 10 ≥ С > 6   ,                  (2.12)

 

где Δ - параметр, учитывающий технологию проходческих работ: при последовательной и параллельной схеме Δ=0; при совмещённой схеме с передвижной опалубкой при С ≤ 6 Δ=2; при 10 ≥ С > 6 Δ=3. Примечание: в формулах (2.11) и (2.12) множитель 10 вводится при единицах СИ.

r ₀ – радиус выработки в свету, м.

 

Расчётное горизонтальное давление пород Р_n' кПа (тс/м²) на крепь вертикальной выработки в районе сопряжения на протяжении 20 м вверх и 20 м вниз от сопряжения определяется по формуле

 

                 ,                    (2.13)

 

где n_nc – коэффициент перегрузки, определяемый по формуле

 

                                  n_nc = n_n + (20 – z) х,                            (2.14)

 

где z – расстояние от угла сопряжения до рассматриваемого сечения в районе 20 м;

х – коэффициент перехода от протяжённого участка к району сопряжения (таблица 2.4);

 - нормативное давление на крепь, кПа (тс/м²) в районе сопряжения, определяемое по формуле

 

                                                              (2.15)

 

Таблица 2.3 – Значение коэффициента n_n

Угол залегания пород, град.	Значения коэффициента nn
	параллельная и последовательная схема проходки	совмещённая схема проходки
до 10	2,0	1,75
от 10 до 35	2,50	2,0
более 35	2,75	2,25

 

Таблица 2.4 – Значение коэффициента х

Угол залегания пород α, град.	Значения коэффициента х
	при последовательной и параллельной схемах проходки	при совмещённой схеме проходки
до 10	0,050	0,037
более 10	0,025	0,025

 

2.8 Выбор и расчёт крепи вертикальных стволов

 

Наибольшее распространение для вертикальных стволов в настоящее время получила монолитная бетонная крепь. В меньшей степени применяется монолитная и сборная железобетонная крепь, а также набрызгбетонная. Металлическая крепь может применяться в виде чугунных тюбингов.

Крепь является главным конструктивным элементом ствола, а работа по её возведению – наиболее важным, ответственным и трудоёмким технологическим процессом. Тип и конструкцию крепи выбирают в зависимости от требуемого срока службы ствола, горных и гидрогеологических условий. Крепь должна обеспечивать надёжность работы ствола в течение всего срока службы, его минимальную стоимость и трудоёмкость её возведения, минимальный приток воды в ствол и минимальное аэродинамическое сопротивление. К крепи предъявляются повышенные требования в отношении точности её возведения. Отклонения стенок крепи по радиусу от вертикальной оси ствола не должны превышать для монолитной бетонной и железобетонной крепи ± 50 мм, для тюбинговой ± 30 мм. Остаточный приток воды в ствол глубиной до 500 м не должен превышать 5 м³/час. При большей глубине ствола допускается увеличение остаточного притока из расчёта не более 0,5 м³/час на каждые 100 м.

Расчёт толщины монолитной бетонной и набрызгбетонной крепи , мм  рекомендуется определять по формуле

 

         ,    (2.16)                                                                 

 

где - коэффициент условий работы крепи, принимается равным 1,25;

r₀ - радиус ствола в свету, мм;

 - коэффициент, учитывающий длительность нагрузки, принимается равным 0,85; 1,0; 1,1;

 - коэффициент условия нарастания прочности бетона. Для устья ствола принимается равным 0,85, ниже - 0,95;

 - коэффициент темпе­ратурных колебаний, принимается равным 0,85;

R_пр - расчётное сопро­тивление бетона сжатию, кПа (тс/м²), принимается по таблице 2.5;

Р _n - го­ризонтальное давление, кПа (тc/м²);

K_р - коэффициент концентрации напряжений в конструкции крепи: на протяжённых участках ствола K_р = 1, в районе сопряжения на расстоянии Z, м от сопряжения K_р = 2 - 0,05Z; 

- толщина породобетонной оболочки, принимаемая для набрызгбетона равной 50 мм, для остальных видов крепи - равной нулю.

 

Полученную расчётом толщину крепи следует скорректировать с рекомендациями СНиП П-94-80: на протяжённых участках ствола с жёсткой армировкой, а также для участков сопряжений ствола в породах первой, второй и третьей категорий устойчивости при отсутствии воздействий очистных работ, других выработок и водопонижения следует принимать, как правило, монолитную бетонную крепь.

 

Таблица 2.5 – Характеристика прочности бетона и набрызгбетона

Характеристика деформации	Значение характеристики при проектной марке бетона и набрызгбетона
	М 150	М 200	М 250	М 300	М 350	М 400	М 450	М 500	М 600	М 700
Расчётное сопротивление сжатию (призменная проч ность) Rпр, МПа	6,0	9,0	11,0	13,5	15,5	17,5	19,5	21,5	24,5	28,0
Расчётное сопротивление осевому растяжению Rр, МПа	0,63	0,75	0,89	1,0	1,1	1,2	1,35	1,45	1,55	1,6
Модуль упругости бетона Е·10-3	21,0	24,0	26,5	29,0	31,0	33,0	34,5	36,0	38,0	40,0

 

В породах первой категорий устойчивости тол­щина бетонной крепи может быть принята по таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Рекомендуемая толщина крепи

Глубина расположения участка ствола, м	Толщина бетонной крепи, мм   при углах залегания пород, град.
	до 35	более 35
до 500	200	250
более 500	250	300

 

В породах второй и третьей категории устойчивости толщину бетон­ной крепи следует рассчитывать, но принимать её не менее указанной в таблице 2.6.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Если расчётная толщина бетонной крепи превышает 500 мм, то сле­дует применять бетон более высокой марки или другой вид крепи.

В стволах с гибкой армировкой, а также в вертикальных выработ­ках, не оборудованных подъёмными установками, при отсутствии влияния очистных работ и водопонижения, при потоке воды не более 8 м³/час в породах первой и второй категорий устойчивости следует применять ли­бо набрызгбетонную крепь, либо комбинированную из анкеров, металлической сетки и набрызгбетона. При потоках воды более 8 м³/ч в породах первой, второй и третьей категорий устойчивости - монолитную бетонную крепь.

В породах первой категории устойчивости толщина набрызгбетонной крепи на протяженных участках принимается по таблице 2.7.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

 

 

Таблица 2.7 - Рекомендуемая толщина набрызгбетонной крепи

 

Глубина расположения участка, м	Толщина набрызгбетонной крепи, мм при углах залегания пород, град.
	до 35	более 35
до 500	80	120
более 500	100	150

 

В породах первой категории устойчивости для участков сопряжения ствола с другими выработками, а также в породах второй категории ус­тойчивости на протяженных участках ствола толщину набрызгбетонной крепи следует рассчитывать. При этом толщина её не должна быть менее 150 мм на глубине до 500 м и  менее 200 мм - на глубине более 500 м.