Приложение 1 (рекомендуемое). Определение условий устойчивости подземной выработки

Приложение 1

(рекомендуемое)

Определение условий устойчивости подземной выработки

1. Предпосылки расчета

Предполагается, что зависимости между параметрами, определяющими устойчивость выработки, соответствуют эмпирическим данным, положенным в основу геомеханической классификации горных пород по системе RMR. Исходя из положений этой классификации, включая графики зависимости устойчивости пролета незакрепленной выработки от времени и качества породы, время , в течение которого сохраняет устойчивость выработка пролетом B, длиной L в породах с параметром качества Q, определяется по формуле:

, (1)

где: и m - функции Q:

; (2)

. (3)

Параметр качества Q определяется по табл. 1. На ранних стадиях проектирования для ориентировочной оценки значений Q допускается использовать формулы:

при и

, (4)

где: К - коэффициент, равный 0,9 при высоком качестве буровзрывных работ и 0,8 - при среднем; - модуль деформации массива породы, .

Таблица 1

Классификационная оценка инженерно-геологических условий

Параметр	Характеристика параметра --------------------------- Оценка в баллах
Обводненность массива	Сильные водопритоки ------------------- 0		Обводненный массив		Увлажненный массив ------------------ 7			Сухой массив ------------ 10
			4
Трещиноватость массива	Длинные, открытые шириной больше 5 мм или заполненные глинкой трения ----------------- 0		Длинные, открытые шириной 1-5 мм или заполненные глинкой трения, или имеются зеркала скольжения ----------------- 6		Открытые шириной меньше 1 мм, стенки мягкие, поверхность слегка шероховатая ----------- 12	Открытые шириной меньше 1 мм, стенки твердые, поверхность слегка шероховатая ---------------- 20		Закрытые стенки твердые, поверхность очень шероховатая ------------ 25
Расстояние между трещинами, см	меньше 5 см ----------- 5		5-30 ----- 10		30-100 ------ 20	100 - 300 --------- 25		больше 300 ---------- 30
Модуль трещиноватости массива	больше 60 --------- 3		60-25 ----- 8		25-12 ----- 13	12-6 ------ 17		меньше 6 -------- 20
Прочность ненарушенного грунта на одноосное сжатие, МПа	1-3 --- 0		3-10 ---- 1	10-25 ----- 2	25-50 ----- 4	50-100 ------ 7	100-200 ------- 12	больше 200 ---------- 15
Направление проходки выработки относительно напластования	По падению		Вкрест простиранию ------------------ Против падения		По простиранию			Любое
Угол падения пласта основной системы, град.	45-90 ----- 0	20-45 ----- -2	45-90 ----- -5	20-45 ------ -10	45-90 ----- -12	20-45 ----- -5		0-20 ----- -10

при и

. (5)

При отсутствии достоверных расчетных значений допускается определять Q исходя из коэффициента крепости породы в массиве ,

при

. (6)

Время исчисляется от момента вскрытия забоя до момента потери устойчивости выработки в том же сечении после удаления забоя на расстояние L. При длине заходки это время складывается из продолжительности проходки участков размером в плане и . При скорости проходки V участка длиной L, время составляет L/V.

Если крепь ставят вплотную к забою, то время вступления крепи в работу должно быть не больше времени , а в частном случае, когда крепь сразу вступает в работу и .

Во всех случаях незакрепленный участок туннеля размером должен сохранять устойчивость в течение цикла. Возможные отклонения цикла от его средних значений следует учитывать коэффициентом неравномерности.

2. Алгоритм расчета

1. Определение Q по табл. 1 или при соответствующих условиях по формулам (4-6).

2. Определение m по формуле (3).

3. Проверка допустимости раскрытия выработки на полный пролет:

. (7)

В случае невыполнения неравенства следует предусмотреть поэтапное раскрытие выработки с наибольшим пролетом, удовлетворяющим условию (7).

4. Определение и L исходя из уравнения (1):

; (8)

. (9)

5. Проверка совместимости значений В и L:

. (10)

При невыполнении условия (10) следует принять L так, чтобы удовлетворить ему. В связи с этим следует изменить согласно (9).

6. Определение длины заходки.

При возможности варьирования времени вступления крепи в работу длину заходки принимают исходя из расчета цикла с соблюдением условия:

(N - целое число) (11)

при этом

. (12)

При заданном или варьируемом в узком диапазоне длину заходки определяют по формуле:

. (13)

3. Примеры расчета

Пример 1. Исходные данные: пролет выработки В = 6 м; коэффициент крепости породы в массиве = 2; скорость проходки V = 0,13 м/ч; качество буровзрывных работ среднее - К = 0,8; крепь вступает в работу через одни сутки после установки - = 24 ч.

1. Определение Q по формуле (6):

.

2. Определение m по формуле (3):

3. Проверка допустимости раскрытия выработки на полный пролет по условию (7):

(м).

4. Определение по формуле (8):

(ч)

и L по формуле (9):

(м).

5. Проверка совместимости значений B и L по условию (10):

.

6. Определение длины заходки по формуле (13):

(м).

Из условия (11) принимаем м и выполняем проверку по формуле (12):

(ч).

Пример 2. Исходные данные: пролет выработки В = 10 м, модуль деформации массива породы ; качество буровзрывных работ среднее - К = 0,8; крепь вступает в работу через трое суток после установки - = 72 ч.

1. Определение Q по формуле (4):

.

2. Определение m по формуле (3):

.

3. Проверка допустимости раскрытия выработки на полный пролет по условию (7):

(м).

4. Определение по формуле (8):

(ч)

и L - по формуле (9):

(м).

5. Проверка совместимости значений В и L по условию (10):

.

6. Определение длины заходки по формуле (13):

(м).

Из условия (11) с учетом технологических возможностей бурового оборудования принимаем = 4 м и выполняем проверку по формуле (12):

(ч).

Пример 3. Исходные данные: пролет выработки В = 15 м, коэффициент крепости породы в массиве = 5; скорость проходки V = 0,1 м/ч; качество буровзрывных работ среднее - К = 0,8; крепь вступает в работу через трое суток - = 72 ч.

1. Определение Q по формуле (6):

.

2. Определение m по формуле (3):

3. Проверка допустимости раскрытия выработки на полный пролет по условию (7):

(м).

4. Определение по формуле (8):

(ч)

и L по формуле (9):

(м)

5. Проверка совместимости значений В и L по условию (10):

6. Определение длины заходки по формуле (13):

(м).

Из условия (11) с учетом технологических возможностей бурового оборудования принимаем = 3,5 м и выполняем проверку по формуле (12):

(ч)