3.2. ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТОК

Сечением выработки называют изображение на чертеже в определенном масштабе контура выработки, крепи, оборудования, путей, труб, полученное в пересечении выработки плоскостью. Если в качестве секущей принимают вертикальную плоскость, расположенную по продольной оси выработки, то сечение называют продольным, если перпендикулярно продольной оси - поперечным.

Различают поперечное сечение выработки в проходке - после выемки породы до установки крепи по контуру вмещающих пород, вчерне - по наружному контуру крепи и почве выработки, в свету - после крепления и настилки рельсового пути по внутреннему контуру крепи и верху балластного слоя, а при его отсутствии - по почве.

Форма поперечного сечения выработки зависит от свойств горных пород, величины и характера проявления горного давления, конструкции крепи, назначения, срока службы и способа проведения выработки.

Проведение выработок без крепления осуществляют обычно в скальных породах, крепких песчаниках и известняках. При этом широко применяют сводчатую форму поперечного сечения выработки. В весьма устойчивых породах применяют прямоугольную форму. В угольных шахтах обычно крепят все выработки. Формы поперечного сечения выработок приведены на рис. 3.1 (R - радиус цилиндра, г, r1 r 2, г3 - радиусы закруглений по контуру выработки, пунктир - контур обратного свода).

Прямоугольную, трапециевидную и полигональную формы используют преимущественно в горизонтальных выработках с деревянной, металлической и сборной железобетонной крепями. Сводчатую форму поперечного сечения принимают в выработках с арочной металлической или сборной железобетонной крепями, Сводчатую и подковообразную форму поперечного сечения применяют при проведении выработок в неустойчивых породах. В случае значительного всестороннего давле-

Таблица 3.2

Выработки	Минимальная площадь попереч­ного сечения в свету, м 2	Минимальная высота от почвы (головки рельсов) до крепи или размещенного оборудования, м
Главные откаточные и вентиляционные вы­работки, людские ходки, предназначенные для механизированной перевозки людей	6	1,9
Участковые вентиляционные, промежуточ­ные, конвейерные и аккумулирующие штреки, участковые бремсберги и уклоны Участковые выработки, находящиеся в зо­не влияния очистных работ, людские ход­ки, не предназначенные для механизиро­ванной перевозки людей
	3,7
Вентиляционные просеки, печи, косович- ники и другие выработки	1,5	Ограничена мощ­ностью пласта

1 м, а также выработки, оборудованные монорельсовым транспортом. С противоположной стороны от прохода оставляют зазоры между транспортным оборудованием и крепью не менее 0,2 м в выработках с рельсовым транспортом и не менее 0,4 м в выработках с конвейерным транспортом. Таковы же зазоры между габаритами транспортных средств.

В наклонных выработках, оборудованных канатно-кресельными дорогами и конвейером, зазор между осью каната и конвейером должен быть не менее 1 м, а при использовании одной канатно-кресельной дороги зазор между крепью или выступающей частью оборудования и осью каната - не менее 0,6 м.

В двухпутных выработках околоствольных дворов или местах маневровых и погрузочно-разгрузочных работ, у стационарных погрузочных пунктов производительностью 100 т/сут и более, а также в однопутных околоствольных выработках клетевого ствола проходы для людей должны быть по 0,7 м с обеих сторон.

Минимальные значения площади поперечного сечения и высоты выработок различного назначения приведены в табл. 3.2.

Для введенных в эксплуатацию до 1986 г. выработок допускаются следующие минимальные площади поперечного сечения в свету: для главных откаточных и вентиляционных выработок, закрепленных деревянной, сборной железобетонной и металлической крепью, - 4,5 м2, для тех же выработок, закрепленных каменной, монолитной, железобетонной и гладкостенной сборной железобетонной крепью, - 4 м2 при высоте не менее 1,9 м от почвы (головки рельсов) до крепи или размещенного в выработке оборудования; для участковых вентиляционных, промежуточных и конвейерных штреков, людских ходков, участковых бремсбергов, уклонов -3,7 м2 при высоте не менее 1,8 м.

В горной промышленности применяют типовые сечения выработок. Выбор типового сечения основан на определении ширины выработки В (мм) на уровне верхней кромки подвижного транспортного состава:

B = m + k p a + (k p-1)р + n ,

Где т - зазор между крепью и подвижным составом, мм; kp - число рельсовых путей, принимают один или два; а - ширина подвижного состава, мм; р - зазор между контурами составов, мм; n - ширина свободного прохода для людей, мм.

Вертикальные стволы с круглой формой поперечного сечения имеют в свету диаметры от 5 до 8,5 м с интервалами 0,5 м. Диаметр стволов зависит от их назначения, производственной мощности шахты, габаритов подъемных сосудов и другого оборудования, размещенных в стволе. Величины зазоров в стволе регламентируются Правилами безопасности.

Выбранную площадь поперечного сечения выработки необходимо проверять на максимально допустимую скорость движения воздуха Ud (м/с):

Q/(60SCB ) < Ud ,

Где Q - расход воздуха по выработке, м3/мин; SCB - площадь поперечного сечения выработки в свету, м2.

Максимально допустимая скорость воздуха в горных выработках регламентируется Правилами безопасности. Она не должна превышать в стволах, предназначенных для спуска и подъема только грузов, 12 м/с, в стволах для спуска и подъема людей и грузов, квершлагах, главных откаточных и вентиляционных штреках, капитальных и панельных бремсбергах и уклонах 8 м/с, в прочих горных выработках, проведенных по углю и породе, 6 м/с, в призабойных пространствах очистных и тупиковых выработок 4 м/с. При превышении этих значений необходимо увеличивать площадь поперечного сечения выработок или уменьшать подачу воздуха по ним.

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).

15.Устойчивость горных пород (рыхлые, связные, скальные).

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.

Форма сечения горизонтальной горноразведочной выработки зависит в основном от вида горной крепи, применяемой для предохранения выработки от разрушения под действием давления окружающих ее пород и сохранения необходимой площади сечения на весь период разведочных работ. При проведении выработок им придают трапециевидную или прямоугольносводчатую форму сечения. Трапециевидную форму применяют при деревянной крепи и наличии небольшого давления со стороны окружающих пород. Прямоугольно-сводчатую форму применяют при монолитной бетонной, набрызгбетонной, анкерной и комбинированной (анкерной с набрызгбетоном) крепи и в выработках, не имеющих крепи (при прочных устойчивых породах).
Различают площади поперечного сечения в свету, вчерне и в проходке. Площадь сечения в свету определяют по размерам выработки до крепи, за вычетом площадей, занимаемых балластным слоем рельсового пути и трапом пешеходной дорожки. Площадь сечения вчерне является проектной площадью (в проходке). Действительная площадь сечения выработки в проходке несколько больше площади сечения вчерне. При проходке необходимо соблюдать, чтобы площадь сечения выработки соответствовала существующим «Нормам превышения сечений горноразведочных выработок в проходке по сравнению с сечениями вчерне при производстве геологоразведочных работ». В зависимости от крепости пород допускается увеличение площади сечения вчерне на коэффициент 1,04-1,12. Большое значение коэффициента соответствует площади поперечного сечения 4 м2 в крепких породах.
Размер поперечного сечения в свету зависит от назначения выработки и определяется габаритами подвижного состава и числом рельсовых путей, шириной конвейера, скрепера или погрузочно-транспортной машины с учетом необходимых зазоров между этими.машинами и крепью, которые регламентированы правилами безопасности. Зазор между подвижным составом и крепью на протяженных участках выработки при рельсовом транспорте составляет не менее 200 мм при монолитной бетонной, анкерной и набрызгбетонной крепи и не менее 250 мм при других видах крепи - металлической податливой и деревянной. Если откатка вагонеток по выработке осуществляется вручную, то при всех видах крепи этот зазор равен 200 мм.