Расчет горного давления в вертикальных и наклонных выработках

Гипотезы для расчета горного давления в вертикальных выработках подразделяют на две группы: гипотезы сил и гипотезы деформаций. К первой относятся, например, гипотезы М. М. Протодьяконова и П. М. Цимбарсвича, основанные на том, что в сыпучих породах (трещиноватых с малым сцеплением) давление на крень может быть определено согласно теории давления грунта на вертикальную (бесконечной длины) подпорную стенку высотой Н.

По гипотезе М. М. Протодьяконова, в результате образования призм сползания давление Величина горного давления на квадратную единицу стенки определяется по формуле.

При пересечении стволом неоднородных пород подсчитывается средневзвешенное значение угла <�р по средневзвешенному коэффициенту крепости пород f_cv, т. е.

где h, hi, Aj, …, h_n — мощность отдельных неоднородных пересекаемых пород;/1, fi, fi, …, f" — коэффициент их крепости.

Аналогично находится средневзвешенная плотность пересекаемых пород.

Формула Протодьяконова для расчета величины горного давления на крепь вертикального ствола, проведенного в неоднородных породах, в соответствии с изложенным запишется в виде.

По гипотезе П. М. Цимбаревича, величина горного давления на рассматриваемом участке (в отдельном пересекаемом стволом слое) определяется по формулам: где р," h" — соответственно плотность породы и мощность пласта (участка), на котором подсчитывается горное давление; р" _ь р"_₂, pi — плотность породы вышележащих слоев; /?"__ь /г"_₂, /ц — мощность вышележащих слоев породы; А" - коэффициент горизонтального распора данной породы.

Для расчета горного давления по СНиП П-94−80 первоначально определяют критерий устойчивости пород по формуле.

• 1) в кровле слоя
• 2) в почве слоя

где К_с5 — коэффициент воздействия на ствол других выработок (для протяженных участков К_сб⁼ 1; для сопряжений К_сб = 1,5); Н_р — расчетная глубина рассматриваемого участка от поверхности (Я_р = НК, здесь К = 1,5 для сейсмических районов, для остальных К = 1); К_а — коэффициент влияния угла залегания пород (для горизонтально залегающих пород К_а = 1, для остальных К_а = 1/(1 + 0,5 sina), где a — угол залегания пород).

По критерию С принимают категорию устойчивости (табл. 26).

Таблица 26.

Категория устойчивости пород.	Состояние устойчивости пород.	Критерий устойчивости С.
I.	Устойчивое.	Не более 3.
II.	Среднеустойчивое.	3…6.
III.	Неустойчивое.	6…10.
IV.	Очень неустойчивое.	Более 10.

Нормативное горизонтальное (радиальное) давление пород на крепь равно: при С < 6 Р_п = 10 [(2С — 1) + А]; при 10 > С > 6 Р" = 10 [(ЗС- 7) + А], где, А — параметр, учитывающий технологию проходческих работ. При последовательной и параллельной технологических схемах проходки ствола, А = 0, при совмещенной схеме при С С>6Д = 3.

Расчетное (радиальное) давление определяется по формуле ВНИМИ:

где г₀ — радиус ствола в свету, м; Р" = (5…23)-10⁴ Н/м — нормативная нагрузка; п — коэффициент перегрузки, равный 1,3; т_у — коэффициент условий работы крепи (т_у = 0,5 — для набрызг-бетонной, т_у = 0,75 — для сборной, т_у = 0,8 — для монолитной бетонной); п" — коэффициент неравномерности распределения нагрузки (табл. 27).

Таблица 27.

Угол залегания пород а, град.	При последовательной и параллельной схемах проходки.	При совмещенной схеме проходки.
Нс более 10.	2,00.	1,75.
10…35.	2,50.	2,00.
Более 35.	2,75.	2,25.

Геологоразведочные шурфы проходят часто в наносных малосвязанных песчано-глинистых отложениях. В этом случае расчетное горизонтальное (радиальное) давление на крепь можно определять по формуле.

где п = 1,3 — коэффициент перегрузки; к — коэффициент сплошности крепи, при отсутствии в крепи проемов к — 1,7; Т — безразмерный коэффициент, определяемый из выражения.

Горное давление со стороны кровли на крепь наклонной выработки (рис. 21) можно разложить на две составляющие:

• нормальную к плоскости кровли выработки.

• тангенциальную.

где а — угол наклона выработки к горизонту.

Несущие элементы крепи рассчитываются на косонаправленную нагрузку Q.

Для восприятия силы Т, усилия которой сравнительно невелики, предусматривают распорные элементы, препятствующие движению крепи вниз.

Величина силы Q находится по одному из методов определения горного давления в горизонтальной выработке. При угле наклона выработки более 45° N = Q cos 45°, а при угле наклона, а > 80° величину горного давления рекомендуется определять так же, как для вертикальных выработок. При слоистой кровле, когда выработка пройдена по напластованию пород, величину горного давления рекомендуется определять так же, как для горизонтальных выработок.

При неустойчивых породах в кровле и уменьшении коэффициента сцепления пород высота свода обрушения (рис. 21) увеличивается с Ь до /ъ и рассчитывается по формулам: