System of Calculations | Mine

Расчет крепления для монтажных камер со смешанной крепью

Крепь монтажных камер выбирают согласно типовым сечениям или индивидуально разработанным сечениям для угледобывающих предприятий отраслевыми институтами для различных механизированных комплексов.

Типовые сечения монтажных камер

При недостаточной прямолинейности монтажной камеры, а также при подготовке выемочного участка с отработкой по падению (восстанию) пласта, к стойкам крепи для доставки секций должен устанавливаться направляющий отбойник из деревянных брусьев.

Сечение выработки для монтажа механизированной крепи ДМ
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи ДМ
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 2КД90(Т)
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 2КД90(Т)
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 3КД90(Т)
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 3КД90(Т)
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 1(2)КДД
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 1(2)КДД
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 1(2)ДТ
Сечение выработки для монтажа механизированной крепи 1(2)ДТ

Технология проведения монтажной камеры

Зачастую монтажные камеры проходят с помощью комбайна или буровзрывным способом, где уборка горной массы осуществляется породоуборочной машиной, скреперной установкой. При такой механизации возведение средних стоек в забое выработки не выполняется. Их установку производят за машинами или лебедкой.

Проведение монтажной камеры комбайновым способом
Проведение монтажной камеры комбайновым способом

Расчет крепи

Сложность выполнения расчета рамной крепи для монтажных камер заключается в том, что в инструкциях по выбору крепи представлены параметры смешанной крепи с максимальной длиной верхняка 3,4 м. Как видно из типовых сечений, длина верхняка для монтажа различных механизированных комплексов может достигать 6 м.

Критическим значением для применяемой рамной смешанной крепи является прогиб верхняка более 0,4 м. Опыт крепления таких выработок показал, что при достижении этих значений прогиба верхняка происходит разрушение конструкции крепи и завал забоя выработки.

Если обратить внимание на металлическую крепь с прямолинейным верхняком КМП-Т(П) или КПС, максимальная ширина такой крепи по кровле составляет 4,2 м с учетом установки двух промежуточных центральных стоек. Это также не подходит для крепления монтажных камер при применяемой технологии проведения выработки и дальнейшего монтажа комплекса.

Определять смещение и давление пород будем согласно стандарту «Подготовительные выработки на пологих пластах. Выбор крепления, способов и средств охраны» СОУ 10.1.00185790.011:2007. Этот стандарт позволяет произвести расчет смещений горных пород на различных расстояниях от забоя выработки.

Последовательность расчета смещений пород в монтажной камере при проведении

Порядок расчета выполняется согласно п. 8.1 стандарта.

Ширина выработки в проходке, м, рассчитывается по формуле:

$$B_{пр}=1,1B+0,4$$

где: В – ширина выработки в свету.

Далее находится коэффициент влияния геометрических размеров выработки:

$$K_{s}=0,2 \left( B_{пр} - 1\right)$$

Рассчитывается значения коэффициентов влияния слоев пород на определяемую крепость по мере отдаления от середины выработки:

$$K_{i}=exp \left[ -0,5 \left( l_{i} - {h \over 2} \right) \right]$$

где: li – расстояние от середины выработки в проходке до середины определенного слоя пород, м; h – высота выработки в проходке, м.

Средняя крепость кровли Rкр и почвы Rп, МПа, учитывая нарушение породного массива и обводненность выработки определяется по формуле:

$$R_{кр(п)}={R_{1}m_{1}K_{1}+R_{2}m_{2}K_{2}+ ... +R_{n}m_{n}K_{n} \over m_{1}K_{1}+m_{2}K_{2}+ ... +m_{n}K_{n}}$$

где: R­1, R2, … ,Rn – значение крепости отдельных слоев пород, МПа; m1, m2, …, mn – мощность слоя, м.

Средняя крепость пород рассчитывается по формуле:

$$R={R_{кр}+R_{п} \over 2}$$

Далее определяется коэффициент устойчивости пород:

$$K_{y}=1,64 - 0,01R$$

Рассчитывается суммарное смещение кровли и почвы, мм:

$$U_{пр}=1,5HK_{s}K{y}$$

где:H – глубина размещения выработки от поверхности, м.

Коэффициент влияния глубины разработки:

$$K_{н}=1,2-0,0004H$$

Далее определяется коэффициент, который характеризует часть смещений кровли от общих смещений кровли и почвы:

$$K_{кр}={R_{п}K_{н} \over R_{кр}+R_{п}}$$

Теперь можно определить расчетное смещение кровли:

$$U_{кр}={U_{пр} \over 1000}K_{кр}$$

Определение закономерностей развития процесса смещений пород

Смещение пород отличается не только величиной, но и характером развития процесса смещений в зависимости от расстояния до проходческого забоя.

При проведении горных выработок, отношение ε величины смещения пород в определенной точке до конечного значения в зависимости от расстояния до проходческого забоя рассчитывается согласно формуле:

$$\varepsilon ={0,92L_{п} \over 28+L_{п}}$$

где: 0,92, 28 – эмпирические коэффициенты для проведения выработок в массиве угля или пород; Lп – расстояние до проходческого забоя, м.

Ожидаемая величина смещений пород на каком-либо расстоянии от проходческого забоя Uо в метрах рассчитывается по формуле:

$$U_{o}=U_{кр}\varepsilon$$

Определение горного давления на 1 м подготовительной выработки

Рассчитываем высоту свода расслоившихся пород в метрах:

$$h_{c}={U_{кр(o)} \over 0,5}$$

Теперь можно определить вес пород в килоньютонах, формирующий нагрузку на 1 м крепления выработки:

$$P={2 \over 3}B_{пр} \gamma h_{c}$$

Влияние динамического проявления горного давления характеризуется коэффициентом динамичности КД, который определяют согласно таблице.

Зазор между крепью и кровлей выработки, мм 0 50 100 200 300 500
Значение коэффициента динамичности К­Д 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0

В подготовительных выработках в случае проведения в массиве угля или пород окончательно вес пород принимают:

$$P={2 \over 3}B_{пр} \gamma h_{c} K_{д}$$

Определение прогиба балки (верхняка)

Прогиб балки, см, определяется по формуле:

$$f={5 \over 384}{PL^{4} \over EI }{1 \over n}$$

где: L – длина верхняка, см; I – момент инерции сечения верхняка, см4; для СВП-27 I = 646,1 см4, СВП-33 I = 999,5 см4; E – модуль Юнга; для стали Е = 1,9÷2,1×108 кН/м2; n – плотность установки крепи.

Пример расчета крепи

Расчет параметров крепления Вентиляционного ходка 2 восточной лавы (На всем протяжении)

Расчет выполнен в соответствии с СОУ 10.1.00185790.011:2007 ''Подготовительные выработки на пологих пластах. Выбор крепления, способов и средств охраны'', Минуглепром Украины, Киев, 2007 г.

Исходные данные:

Вид поддержания выработки: Поддержание подготовительной выработки при проведении.

Условие поддержания: В массиве угля или пород.

Глубина разработки H 710 м
Нарушение породного массива - Ненарушенный породный массив
Обводненность выработки - Выработка не обводненная
Тип крепления:
Сечение выработки
Длина верхняка
Профиль СВП
  Смешанная крепь
6-14,3
5,8
СВП27
Ширина в свету B 5,5 м
Высота в свету Hсв 2,6 м
Высота в проходке Hпр 2,8 м
Объемный вес пород γ 25 кН/м3

Характеристика пород кровли (по мере удаления от середины поперечного сечения выработки):

Наименование пород m (м) R (МПа)
Уголь 1,40 14
Аргиллит 2,75 27
Известняк 0,30 106
Аргиллит 5,00 35
Аргиллит 5,00 35
Аргиллит 5,00 35

Характеристика пород почвы (по мере удаления от середины поперечного сечения выработки):

Наименование пород m (м) R (МПа)
Аргиллит 0,90 21
Алевролит 4,00 47
Алевролит 4,00 47
Алевролит 4,00 47
Аргиллит 0,50 16
Алевролит 3,00 58
Алевролит 3,00 58

Порядок расчета

Порядок расчета выполняется согласно п. 8.1 стандарта.

Ширина выработки в проходке, м, рассчитывается по формуле:

$$B_{пр}=1,1B+0,4$$

$$B_{пр}=1,1 \times 5,5+0,4=6,45$$

Далее находится коэффициент влияния геометрических размеров выработки:

$$K_{s}=0,2 \left( B_{пр} - 1\right)$$

$$K_{s}=0,2 \left( 6,45 - 1\right) = 1,09$$

Рассчитывается значения коэффициентов влияния слоев пород на определяемую крепость по мере отдаления от середины выработки:

$$K_{i}=exp \left[ -0,5 \left( l_{i} - {h \over 2} \right) \right]$$

$$K_{к_{1}}=exp \left[ -0,5 \left( 0,7 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 1,4191$$

$$K_{к_{2}}=exp \left[ -0,5 \left( 2,775 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,5028$$

$$K_{к_{3}}=exp \left[ -0,5 \left( 4,3 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,2346$$

$$K_{к_{4}}=exp \left[ -0,5 \left( 6,95 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0623$$

$$K_{к_{5}}=exp \left[ -0,5 \left( 11,95 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0051$$

$$K_{к_{6}}=exp \left[ -0,5 \left( 16,95 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0004$$

$$K_{п_{1}}=exp \left[ -0,5 \left( 0,45 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 1,608$$

$$K_{п_{2}}=exp \left[ -0,5 \left( 2,9 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,4724$$

$$K_{п_{3}}=exp \left[ -0,5 \left( 6,9 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0639$$

$$K_{п_{4}}=exp \left[ -0,5 \left( 10,9 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0087$$

$$K_{п_{5}}=exp \left[ -0,5 \left( 13,15 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0028$$

$$K_{п_{6}}=exp \left[ -0,5 \left( 14,9 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0012$$

$$K_{п_{7}}=exp \left[ -0,5 \left( 17,9 - {2,8 \over 2} \right) \right] = 0,0003$$

Средняя крепость кровли Rкр и почвы Rп, МПа, учитывая нарушение породного массива и обводненность выработки определяется по формуле:

$$R_{кр(п)}={R_{1}m_{1}K_{1}+R_{2}m_{2}K_{2}+ ... +R_{n}m_{n}K_{n} \over m_{1}K_{1}+m_{2}K_{2}+ ... +m_{n}K_{n}}$$

$$R_{кр}={27,814+37,335+7,459+10,911+0,896+0,074 \over 1,987+1,383+0,07+0,312+0,026+0,002}=22,356 \: МПа$$

$$R_{п}={30,391+88,805+12,018+1,627+0,022+0,204+0,045 \over 1,447+1,889+0,256+0,035+0,001+0,004+0,001}=36,643 \: МПа$$

Средняя крепость пород рассчитывается по формуле:

$$R={R_{кр}+R_{п} \over 2}$$

$$R={22,356+36,643 \over 2} = 29,499 \:МПа$$

Далее определяется коэффициент устойчивости пород:

$$K_{y}=1,64 - 0,01R$$

$$K_{y}=1,64 - 0,01 \times 29,499 = 1,168$$

Рассчитывается суммарное смещение кровли и почвы, мм:

$$U_{пр}=1,5HK_{s}K{y}$$

$$U_{пр}=1,5 \times 710 \times 1,09 \times 1,168 = 1356 \:мм$$

Коэффициент влияния глубины разработки:

$$K_{н}=1,2-0,0004H$$

$$K_{н}=1,2-0,0004 \times 710 = 0,916$$

Далее определяется коэффициент, который характеризует часть смещений кровли от общих смещений кровли и почвы:

$$K_{кр}={R_{п}K_{н} \over R_{кр}+R_{п}}$$

$$K_{кр}={36,643 \times 0,916 \over 22,356+36,643}=0,569$$

Теперь можно определить расчетное смещение кровли:

$$U_{кр}={U_{пр} \over 1000}K_{кр}$$

$$U_{кр}={1356 \over 1000}0,569 = 0,771 \:м$$

Рассчитываем высоту свода расслоившихся пород в метрах:

$$h_{c}={U_{кр(o)} \over 0,5}$$

$$h_{c}={0,771 \over 0,5} = 1,543 \:м$$

$$1,543 \:м > 0,2B_{пр} = 0,2 \times 6,45 = 1,29 \:м$$

Окончательно принимаем для всего срока эксплуатации выработки высоту свода расслоившихся пород 1,543 м.

Теперь можно определить вес пород в килоньютонах, формирующий нагрузку на 1 м крепления выработки:

$$P={2 \over 3}B_{пр} \gamma h_{c}$$

$$P={2 \over 3}\times 6,45 \times 25 \times 1,543 = 165,846 \:кН/м$$

Влияние динамического проявления горного давления характеризуется коэффициентом динамичности КД, который определяют согласно таблице.

Зазор между крепью и кровлей выработки, мм 0 50 100 200 300 500
Значение коэффициента динамичности К­Д 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0

В подготовительных выработках в случае проведения в массиве угля или пород окончательно вес пород принимают:

$$P=2 \times 165,846 = 331,692 \:кН/м$$

Рассчитаем плотность установки крепи по несущей способности двух деревянных стоек Ø20 см. Согласно УДК 622.281.5:624.046 сопротивление такой стойки составляет 200 кН. Тогда:

$$n={P \over P_{кр}} = {331,692 \over 2 \times 200} = 0,83 \:рам/м$$

Из опыта проведения и крепления окончательно принимаем плотность установки крепи 2 рам/м из СВП-27 и рудстоек Ø20 см с податливостью до 500 мм.

Определим смещение пород в выработке на расстояниях от забоя равных 5, 10 и 20 м.

Для 5 м:

$$\varepsilon ={0,92 \times 5 \over 28+5} = 0,139$$

$$U_{o}=0,771 \times 0,139 = 0,11 \:м$$

$$h_{c}={0,11 \over 0,5} = 0,22 \:м$$

$$P={2 \over 3}\times 6,45 \times 25 \times 0,22 \times 2 = 47,3 \:кН/м$$

Прогиб верхняка из СВП-27 для крепи плотностью 2 рам/м составит:

$$f={5 \over 384}{47.3 \times 580^{4} \over 2 \times 10^{8} \times 646,1}{1 \over 2} = 0,27 м$$

Для 10 м:

$$\varepsilon ={0,92 \times 10 \over 28+10} = 0,242$$

$$U_{o}=0,771 \times 0,242 = 0,187 \:м$$

$$h_{c}={0,187 \over 0,5} = 0,373 \:м$$

$$P={2 \over 3}\times 6,45 \times 25 \times 0,373 \times 2 = 80,3 \:кН/м$$

Прогиб верхняка из СВП-27 для крепи плотностью 2 рам/м составит:

$$f={5 \over 384}{80,3 \times 580^{4} \over 2 \times 10^{8} \times 646,1}{1 \over 2} = 0,46 м$$

Для 20 м:

$$\varepsilon ={0,92 \times 20 \over 28+20} = 0,383$$

$$U_{o}=0,771 \times 0,383 = 0,296 \:м$$

$$h_{c}={0,296 \over 0,5} = 0,591 \:м$$

$$P={2 \over 3}\times 6,45 \times 25 \times 0,591 \times 2 = 127,1 \:кН/м$$

Прогиб верхняка из СВП-27 для крепи плотностью 2 рам/м составит:

$$f={5 \over 384}{127,1 \times 580^{4} \over 2 \times 10^{8} \times 646,1}{1 \over 2} = 0,72 м$$

Сведем полученные значения в таблицу

Расстояние от забоя, м Прогиб одинарного верхняка, см Прогиб составного верхняка, см
5 27 14
10 46 23
20 72 36

Для полученных значений горного давления принимаем составной верхняк смешанной крепи, который позволит сократить прогиб верхняка.

Сечение выработки (смешанная крепь с составным верхняком)
Сечение выработки (смешанная крепь с составным верхняком)
  • Обратная связь | © Copyright 2021, Victor V. D.   Яндекс.Метрика Помощь проекту