Обоснование способа проходки выработок, оборудования, формы и размеров поперечного сечения выработок в свету.

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 – 250 мм);

p – зазор между составами, мм (200 мм);

n` - размер прохода для людей на уровне кромки подвижного состава, мм:

n` = n +[1800 – (h + h_a)] * ctg ;

 

n – размер прохода на высоте 1800 мм от уровня балластного слоя, равный не менее 700 мм;

h – высота электровоза (вагонетки) от головки рельса, мм;

h_a - высота верхнего строения пути от балластного слоя до головки рельса, равная 160 мм;

= 83⁰ – 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):

h₁ = h_кп. + 200 + 100,

h_кп. – высота подвески контактного провода (не менее 1800 мм);

200мм – зазор между контактным проводом и крепью;

100мм – величина возможной осадки крепи под действием горного давления.

При других видах транспорта высота h₁ определяется графическим построением с учётом зазора C между транспортным оборудованием и вентиляционным трубопроводом: при транспортировании аккумуляторными электровозами 250 мм, при ручной откатке – 200 мм.

При транспортировании аккумуляторным электровозом:

h₁ = h + d_т + 250 + 100,

где h – высота электровоза, мм;

d_т - диаметр вентиляционного трубопровода, мм.

Высота h₁ в общем случае не должна быть меньше высоты погрузочной машины при поднятом ковше (у ППН-1с эта высота составляет 2250 мм) за вычетом высоты балластного слоя, т. е. h₁ 2250 мм.

Ширина выработки в свету по балластному слою:

l₂ = B + 2(h + h_a) * ctg ;

Ширина выработки в свету по кровле:

l₁ = B – 2(h₁ - h) * ctg ;

Высота выработки от балластного слоя до крепи после осадки:

h₂ = h₁ + h_a;

Площадь поперечного сечения выработки в свету после осадки:

S_св = 0, 5(l₁ + l₂) * h₂;

Ширина выработки вчерне по кровле (при креплении вразбежку с затяжкой боков):

l₃ = l₁ + 2d,

где d – диаметр стойки крепи (не менее 160 мм).

Ширина выработки по почве вчерне при креплении вразбежку с затяжкой боков:

l₄ = B + ,

где h _в = 320 мм – 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):

h₃` = h₃ + 100,

где _. h₃ - высота выработки от почвы до верхняка (после осадки).

Высота выработки вчерне до осадки при наличии затяжки:

h₄` =h<sub>3</sub>` + d + 50,

где d – диаметр крепёжного леса, мм;

50мм – толщина затяжки.

Высота выработки после осадки:

h₄ = h₄` - 100

Площадь сечения выработки вчерне до осадки:

S₄ = 0, 5(l₃ + l₄) * h₄`

Вертикальная осадка, равная 100 мм, допускается только при деревянной крепи.

В выработках применяют укладку деревянных шпал и настилку пути из рельсов Р24 для вагонеток вместимостью до 2 м³. При проведении разведочных выработок используют вагонетки ВО-0,8; ВГ-0,7 и ВГ-1,2 вместимостью соответственно 0,8; 0,7; 1,2 м. 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 160 мм, 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 50 мм при набрызг-бетонной, анкерной (штанговой) и комбинированной крепях. Высота стенки от уровня головки рельса до пяты свода h₁ 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 h₂= 1800 мм. Высоту свода h₀ принимают в зависимости от коэффициента крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова.

Для монолитной бетонной крепи при коэффициенте крепости f =3:9, h₀= B/3.

Для набрызг-бетонной и анкерной крепи и в выработках без крепи f 12, h₀=B/3, а при f 12, h₀=B/4.

Кривая тррёхцентрового (коробового) свода образуется тремя дугами: осевой - R и двумя боковыми - r. Радиусы свода в зависимости от его высоты:

 

Высота свода	h0	B/3	B/4
Радиус осевой дуги	R	0,692	0,905
Радиус боковой дуги	r	0,262	0,173

 

Проектная ширина выработки B₁ 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 100 мм.

Ширина однопутной выработки в свету:

B = m + A + n

Ширина двухпутной выработки в свету:

B = m + 2A + p + n,

где n = 700 мм; p = 200 мм.

Высота вертикальной стенки выработки от головки рельса:

h₁= h₂ – h_a = 1800 – 160 = 1640мм_.

Ширина выработки вчерне при набрызг-бетонной и анкерной крепи:

B₁ = B +2 = B + 100,

где = 50 мм – толщина крепи, принимаемая при расчёте.

Площадь сечения выработки в свету при высоте свода h₀= B/3:

S_св. = B (h₂ + 0,26B),

при h₀= B/4: S_св = В (h₂ + 0,175B),

где h₂ = 1800 мм – высота вертикальной стенки от уровня трапа (балластного слоя).

Высота стенки от почвы выработки:

h₃ = h₂ + h_б = h₁ + h_B.

Параметр выработки в свету при h₀ =B/3:

P_B = 2h₂ + 2,33B,

при h₀=B/4:. P_B = 2h₂ +2219B

Площадь сечения выработки вчерне при набрызг-бетонной, анкерной, комбинированной крепи при h₀ =B/3:

S_ч. = B₁ (h₃ + 0,26B₁),

при h₀=B/4: S_ч. = B₁ (h₃ + 0,175B₁).

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 5 м), средние (5 – 10) и глубокие (до 40 м). 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 10 м обычно имеют одно отделение, а при глубине до 20 м 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 4 м³ и геометрические размеры (табл. 2).