Выбор типа крепи и определение размеров 2.1 Выбор типа крепи Рудничная крепь – это искусственное сооружение, возводимое в подземных горных выработках для предотвращения обрушений окружающих пород, сохранения необходимых форм и размеров поперечного сечения выработок, а также для управления горным давлением. Рудничная крепь должна иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать горное давление, податливость, огнестойкость, простую конструкцию, низкую стоимость, занимать мало места в выработке, обеспечивать необходимый срок службы. Деревянную крепь рекомендуется применять в горных выработках с небольшим сроком службы до 2—3 лет, как в зонах влияния очистных работ, так и вне этих зон, при давлении на крепь до 70 кПа. По условиям курсового проекта выбирается деревянная крепь 2.2 Выбор формы и определение размеров Выбор формы поперечного сечения горной выработки производиться в зависимости от конструкции материала крепи. Основными формами поперечного сечения горизонтальных и наклонных выработок. Трапециевидная применяется для крепления рамной деревянной или металлической крепи. Размеры поперечного сечения горизонтальных и наклонных горных выработок зависят от вида оборудования применяемого в выработке. Количество путей, назначение выработок, безопасных зазоров и количество воздуха проходящего по выработке. Сечение каждой выработки должно проверятся с учётом количества воздуха проходимого по ней на соотношение минимальных и максимальных скоростей и движения воздуха. По условиям курсового проекта выбирается трапецеивидная форма поперечного сечения крепи с прямолинейными стенами и с водоотливной канавкой.
Высота от балластного слоя до головки рельса:
hа=1/3*hш+hр, мм (2,1)
где, hш – высота шпалы – 120 мм
hр – высота рельса – мм (принимают из хар-ки рельса)
hа=1/3*120+1 = (мм)
Высота от почвы выработки до головки рельсов:
hв=hа+hб, мм (2,2)
где, hб – высота балластного слоя – 200 мм
hв= +200= (мм)
Высота выработки от балласта до верхника:
h 2 =h1+hа, мм (2,3)
где, h1 – высота выработки от головки рельса до верхника (зависит от высоты подвижного состава и высоты подвески контактного провода)
h 2 = + = (мм)
Высота выработки от почвы до верхника:
h 3 = h1+hв, мм (2,4)
h 3 = + = (мм)
Размер прохода на уровне подвижного состава:
n'=n 2 +[1800-(h +hа)]*ctgλ80º, мм (2,5)
где, n2 – размер свободного прохода людей на высоте 1800 от уровня балластного слоя – не менее 700 мм
h- высота габарита подвижного состава(принимается по хар-ке электровоза)
hа – высота баластного слоя до головки рельсов – мм
ctgλ80º – угол наклона стоек крепи – 0,176
n'= +[1800-(+)]*0,176=757 (мм)
Ширина двух путевой выработки в свету на уровне подвижного состава:
Всв=m+2*А+P+n', мм (2,6)
где, m – размер зазора на уровне подвижного состава- 250 мм
А – ширина контактного электровоза (по хар-ке электровоза) мм
Р – зазор между встречным подвижным составом – 200 мм
Всв=250+2* +200+ = (мм)
Ширина выработки по кровле:
l1=Всв – 2*(h1 –h)*ctgλ, мм (2,7)
l1= -2*(-)*0,176= (мм)
Ширина выработки в свету по балластному слою, мм:
l2=Всв+2*(h+hа)*ctgλ, мм (2,8)
l2= +2*(+)*0,176= (мм)
Площадь сечения выработки в свету после осадки:
Sсв=0,5*(l1+l2)*h2, м (2,9)
Sсв=0,5*(+)* = м²
Проектная высота выработки в проходке:
h4=h3+d+c мм (2,10)
где, d – диаметр верхника – мм
c – толщина затяжки – мм
h4= + + = (мм)
Проектная ширина выработки по кровле в проходке:
l3=l1+2d+2c, мм (2,11)
l3= + + = (мм)
Проектная ширина выработки в проходке по почве
l4=Bсв+2*[cos80°*(h+hв)+d+c]/sin80° (2,12)
l4= +2*[0,174*(+)+ + ]/0,985= (мм)
Проектная площадь сечения выработки в проходке до осадки:
Sвч=0,5*(l3+l4)*h4, м² (2,13)
Sвч=0,5*(+)* = (м²)
Периметр выработки крепи после осадки
P=l1+l2+2*h2/sin80, м (2,14)
P= + +2* /0,985= (м)
Определение нагрузки на крепь
Горным давлением называют механическое воздействие на крепь со стороны окружающих выработку горных пород в результате их деформации.
Изучению горного давления посвящены работы многих отечественных ученых. Такими известными являются гипотезы горного давления профессоров М.М. Протодьяконова и П.М. Цимбаревича.
Профессор Протодьяконов экспериментальным путем установил, что над выработкой образуется свод. На крепь оказывает давление своим весом только порода, заключенная внутри этого свода. Этот свод называется сводом естественного равновесия.
Гипотеза предполагает два периода в проявлении горного давления на крепь:
1 период начального давления, характеризуется образованием свода и естественного равновесия.
2 период установившегося давления, характеризуется прекращением нарастания давления.
. Скорость воздушной струи проходящей по выработке: vмах ≥ Q/Sсв ≥ vмin (2.15)
где vмах – максимально-допустимая скорость движения струи – 8 м/с;
vмin – минимально-допустимая скорость движения струи – 0,25 м/с;
Q – количество воздуха, проходящего по выработке – м3/с.
8 м/с ≥ / ≥ 0,25м/с;
8 м/с ≥ м/с ≥ 0,25м/с.
Высота свода естественного равновесия:
b=a/f, м (2,16)
где, a – полу пролет выработки (Bсв /2)
f – коэффициент крепости(дается)
b= / = (м)
Площадь свода естественного равновесия:
S=4/3*a*b, м² (2,17)
S=4/3* * = (м²)
Нагрузка на один метр крепи со стороны свода естественного равновесия:
P′=4/3*a*b*ﻻ, Н/м (2,18)
где, ﻻ -- объёмный вес горной породы(принимается в зависимости от коэффициента крепости по таблице) – *10³ Н/м
P′=4/3* * * *10³=8794 (Н/м)
Расчёт горной крепи
Верхняк рассматривают как балку на двух опорах, испытывающая действие изгибающего момента от горного давления. При использовании свода величена максимального момента равна:
Мmax=5/16*P′*a*L*n, (2,19)
где, n – коэффициент перегрузки –1,2
L – расстояние между крепёжными рамами – 1,5 м
Мmax=5/16* * *1,5*1,2=11,15
Диаметр верхника из круглого леса:
d=2,15*³√ Mmax/Rри*m, см (2,20)
где, Rри – расчётное напряжение на изгиб – 6*106
m – коэффициент умеренной работы – 0,85
d=2,15*³√ /6*106*0,85= (см)
Диаметр стоек принимают равным диаметром верхника и проверяют на сжатие с учётом продольного изгиба по формуле:
P′*n*L*/2*F*(1-0,02*l/d)*m ≤ Rрс (2,21)
где, F – площадь поперечного сечения стойки – 0,013 м²
l – длина стойки
Rрс – расчётное напряжение на сжатие – 10*106
*1,5*1,2/2*0,013*(1-0,02* *)*0,85 ≤ 10*106
F= Пd²/4 (2,22)
где, d – стандартная величина (12, 14, 16, 18, 20)
F=3,14*12²/4 = 0,013 м
Затяжки рассматривают как балку свободно лежащую на двух опорах с пролётом. Толщина затяжек:
c=K*L*√ﻻ*a*n/ f*Rри*m, см (2,23)
где, K – коэффициент для затяжек из обаполов – 1,3
c=1,3*1,5 *√ *10³* *1,2/2*6*106*0,85= (см)