2.1. Выбор типа крепи.
Горная крепь – искусственное сооружение, возводимые в выработках для предотвращения обрушения окружающих парод и сохранения необходимых площадей сечения на весь период эксплуатации, а также для управления горным давлением.
К горной крепи предъявляются следующие основные требования: необходимо поддерживать выработку в рабочем состоянии в течении всего срока её службы, быть простой в изготовлении, экономичной, удобной для транспортирования и возведения. По сроку службы различают временные и постоянные крепи. Времен-ные крепи возводятся, как правило, в забойной зоне до возведения постоянной крепи в пародах, склонных к вывалам. По форме горная крепь бывает трапециевидной, прямоугольной, арочной и кольцевой; по периметру выработки – замкнутой и незамкнутой. По характеру деформируемости под действием горного давления крепь может быть жесткой, податливой и шарнирной.
Тип, размеры и материалы горной крепи должны соответствовать горногеоло-гическим условиям и срокам эксплуатации выработки.
Монолитно-бетонную крепь рекомендуется применять для крепления вырабо-ток с большим сроком службы и эксплуатации и при установившемся горном давлении в пародах с коэффициентом крепости f от 1 до 9. В пародах с большим коэффициентом крепости при равных горнотехнических условиях и срока службы горной выработки применяется набрызг-бетонная крепь. Для условия курсового проекта я выбираю монолитно-бетонную крепь.
2.2. Выбор формы и определение размеров.
Выбор формы поперечного сечения производится в зависимости от конструкции и материала крепи.
Для бетонных крепей применяется сводчатая форма поперечного сечения с вер-тикальными стенами. Стены выработок опираются на фундаменты, параметры которых должны быть расчитаны. В водоносных пародах фундамент с одной из сторон делается водоотводная канавка. Своду выработки будут передаваться полуциркульное очертание при пародах с коэффициентом крепости менее 3 и коробовое очертание при больших коэффициентах крепости.
Для своего задания я выбираю сводчатую форму поперечного сечения с прямыми стенами с водоотливной канавкой. Форма свода выбирается коробовая.
Высота верхнего строения пути определяется, мм:
hв=hб+⅓∙hш +hр (2.1)
где hб – высота баластного слоя – 200 мм;
hш – высота шпалы при ее длине 1200 мм – 130 мм;
hр – высота рельса – мм.
hв=200+⅓∙130+ = мм.
Высота от баластного слоя до головки рельса, мм:
hа=⅓· hш +hр (2.2)
hа=⅓·130+ = мм.
Высота стенки выработки от головки рельса до пяты свода, мм:
h1=1800 – hа (2.3)
где 1800 – высота свободного прохода людей.
h1=1800 – = мм.
Высота стенки выработки от баластного слоя до пят свода, мм:
h2= h1+ hа (2.4)
h2= + = мм.
Высота подвески контактного провода от уровня головок рельс, мм:
hкп=2000 мм.
Ширина выработки в свету, мм:
Всв=m+А+n (2.5)
где m – минимальный допустимый зазор между передвижным составом и крепью – 250 мм;
А – ширина габарита подвижного состава – мм;
n – ширина свободного прохода людей не менее 700 мм.
Всв= + + = мм.
Высота стенки выработки от почвы, мм:
h3= h1+ hв (2.6)
h3= + = мм.
Ширина выработки в проходке, мм:
Вч= Всв+2·dn (2.7)
где dn – толщина стены по таблице мм.
Вч= +2· = мм.
Высота подъема свода (от пят до замка), мм:
hо=⅓∙ Всв (2.8)
hо=⅓∙ = мм.
Радиус осевой дуги коробового свода, мм:
R=0,692·В (2.9)
Rсв=0,692·Всв=0,692· = мм.
Rч=0,692·Вч=0,692· = мм.
Радиус боковой дуги коробового свода, мм:
r=0,262·В (2.10)
rсв=0,262·Всв=0,262· = мм.
rч=0,262·Вч=0,262· = мм.
Периметр выработки в свету, мм:
Рсв=2·h2+2,33·Всв (2.11)
Рсв=2· +2,33· = мм.
Периметр выработки в проходке, мм:
Рч=2·h3+2,33·Вч (2.12)
Рч=2· +2,33· = мм.
Площадь выработки в свету, м2:
Sсв=Bсв·(h2+0,26· Всв) (2.13)
Sсв= ·(+0,26·)= м2.
Площадь выработки в проходке, м2:
Sч=Bч·(h3+0,26· Вч) (2.14)
Sч= ·(+0,26·)= м2.
После того, как найдена площадь выработки в свету производится проверка по скорости движения струи:
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.
2.3. Определение нагрузок на крепь.
Горным давлением называется механическое воздействие на крепь со стороны окружающих горную выработку горных парод в результате их деформации.
Горное давление зависит от:
1. Физико-механических свойств горных парод;
2. Формы поперечного сечения;
3. Глубины залегания;
4. Наличия выработанных пространств вблизи горной выработки.
Из условия моего курсового проекта определяем нагрузку на крепь по гипотезе Протодьяконова: на крепь оказывает давление парода, заключенная в свод, назы-ваемый свод естественного равновесия.
Гипотеза предполагает 2 периода в проявлении горного давления:
1) период начального давления, характеризуется образованием свода естествен-ного равновесия;
2) период установившегося давления, характеризуется прекращением нарастания давления.
Свод естественного равновесия – воображаемый свод параболического очертания над кровлей выработки, на границах которой действует в основном только сжимающие напряжения, что способствует его устойчивости.
Высота свода естественного равновесия определяется, м:
в=а/f (2.16)
где а – полупролет выработки – м;
f- коэффициент крепости –.
в= / =0,21 м.
Величина нагрузки на один метр крепи по длине выработки, Н/м:
Р=4/3 · а·в·γ (2.17)
где γ – объемный вес горной пароды – ·103 Н/м3.
Р=4/3 · = Н/м.
2.4 Расчет горной крепи.
При расчете монолитно-бетонной крепи необходимо определить:
· толщину крепи в замке свода;
· толщину вертикальных стен;
· толщину и глубину фундаментов.
Толщина крепи в замке свода (d0) определяется по справочнику в зависимости от крепости горной пароды и ширины выработки в свету:
d0= мм.
Толщина свода в пяте, мм:
dn=(1,25 ¸ 1,5)· d0 (2.18)
dn= = мм.
Толщина стен крепи, мм:
с =(1 ¸ 2)· dn (2.19)
с= = мм.
Ширина фундамента, мм:
в=(1 ¸ 1,5)·с (2.20)
в= = мм.
Глубина фундамента, мм:
m=(в – с)/0,6 (2.21)
m=(–)/0,6= мм.