СОПРЯЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ (ШУРФОВ) С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД И НАГРУЗОК НА КРЕПЬ, ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ КРЕПИ

3.19. Крепь устьев стволов и шурфов следу­ет проектировать из монолитного бетона или железобетона, металлических или железобе­тонных тюбингов. Конструкцию крепи устьев в зависимости от действующих нагрузок, раз­меров проемов для каналов и диаметров верти­кальных выработок следует предусматривать одно-, двух- к трехступенчатыми венцовыми или ступенчато-венцовыми.

3.20. Расчет крепи устьев стволов и шурфов следует производить на действие вертикальных и горизонтальных давлений (нагрузок).

Вертикальные нагрузки следует определять как сумму давлений от собственного веса кре­пи, веса оборудования и сооружений, опирающихся на крепь; горизонтальные - от давления пород массива, пригрузки от поверхностных фундаментов и опор и гидростатического давления в водоносных горизонтах.

3.21. Расчетную вертикальную нагрузку Р_в^р кН (тс), действующую на крепь устья, следует определять по формуле

(5)

где n - коэффициент перегрузки, равный 1,4;

- сумма вертикальных нагрузок, передаваемых опорами горнотехнических сооружений, расположенных на поверхности вблизи ство­ла, на крепь устья ствола, кН (тс);

Q_у - собственный вес крепи устья, кН (тс).

3.22. Расчетное горизонтальное (радиаль­ное) давление пород Р_п, кПа (тс/м²), на крепь устья ствола в малосвязных и глинистых по­родах наносов следует определять по формуле

где n - коэффициент перегрузки, равный 1,3;

k­_у - коэффициент, принимаемый равным 1,7 ïðè расстоянии от проемов в крепи более 20 м и 2,9 - при расстоянии менее 20 м;

r₀- радиус ствола в свету, м;

 - угол внутреннего трения наносов, град;

 - безразмерный коэффициент, определяемый из выражения

 = 2tg  tg(45+);

H - глубина рассматриваемого участка от поверх­ности, м;

Р_ф - наибольшая суммарная дополнительная на­грузка от зданий и сооружений, расположен­ных на поверхности вблизи ствола, кПа (тс/м²), определяемая согласно прил. 1;

 - удельный вес породы (грунта), кН/м³ (тс/м²), определяемый из выражения

 = _mg;

_m - средняя плотность пород (грунта), т/м³;

g - ускорение силы тяжести, м/с² (вводится только для единиц СИ).

Допускается вести расчет нагрузок на крепь, назначать тип и параметры крепи устья ствола согласно главе СНиП по проектирова­нию сооружений промышленных предприятий (в части опускных колодцев).

3.23. Выбор типа и расчет параметров кре­пи для протяженной части ствола, а также уча­стков сопряжения следует производить на основании определения категорий устойчивости пород вертикальных выработок согласно табл. 2.

Таблица2

3.24. Величину критерия устойчивости пород вертикальной выработки С следует определять по формуле

где k_p - коэффициент, учитывающий взвеши­вающее действие воды: для участков вне водоносных горизонтов k_г равен 1, для пород водоносного горизонта k_г определяется по формуле

h₁ - высота толщи пород от почвы водоупора до земной поверхности, м;

h₂ - высота толщи пород от рассматривае­мого сечения в водоносном горизонте до почвы водоупора (до кровли во­доносного горизонта), м;

_п, _в - соответственно, удельный вес частиц пород водоносного горизонта и удель­ный вес воды, кН/м³ (тс/м³);

 - коэффициент пористости пород водо­носного горизонта, принимаемый как отношение объема пор к объему ске­лета и определяемый по данным гид­рогеологических изысканий;

Н - высота толщи пород от рассматривае­мого сечения до земной поверхности, м;

Р_в - давление подземных вод с учетом водопонижения, кПа (тс/м²);

k_сб - коэффициент воздействия на ствол других выработок: для протяженных участков ствола k_сб равен 1; для со­пряжений k_сб равен 1,5;

k_ц - коэффициент воздействия на ствол очистных работ: для участков, не ис­пытывающих воздействий k_ц равен 1; при воздействии очистных работ k_ц принимается по данным специализированных организаций;

k_ - коэффициент влияния угла залегания пород  град: для горизонтально залегающих пород k_ равен 1, в остальных случаях k_ следует принимать из выражения

k_t - коэффициент влияния времени экс­плуатации проектируемой выра6отки: для шахтных стволов k_t равен 1; для остальных выработок - 0,9,

Н_р, R_с,  -обозначения те же, что и в формулах (1), (2) и (6).
Примечание: При размерности R_с в кгс/см² в формулу (7) вместо R_с следует подставлять 0,1 R_с.
3.25. На протяженных участках ствола с жесткой армировкой, а также для участков со­пряжений ствола в породах I, II и III катего­рий устойчивости при отсутствии воздействия очистных работ, других выработок и водопонижения следует применять, как правило, моно­литную бетонную крепь; при этом:

в породах I категории устойчивости толщи­на бетонной крепи принимается без расчета по табл. 3.

в породах II и III категорий устойчивости толщину бетонной крепи следует устанавли­вать расчетом согласно требованиям п. 3.34 настоящих норм, но не менее величин, указан­ных в табл. 3.

Таблица 3

При соответствующем обосновании допус­кается в стволах с жесткой армировкой, прой­денных в породах I категории устойчивости, назначать крепи и их параметры, определяе­мые по п. 3.26 настоящих норм.

Если расчетная толщина монолитное бетон­ной крепи превышает 500 мм, то следует при­менять бетон более высокой марки или другой тип крепи.

3.26. В стволах с гибкой армировкой, а так­же в вентиляционных стволах и шурфах, не оборудованных подъемными установками, в восстающих выработках и рудоспусках при отсутствии влияния очистных работ и водопонижения, где притоки воды не более 8 м³/ч, в породах I и II категорий устойчивости следует применять набрызгбетонную крепь либо комбинированную крепь из анкеров, металли­ческой сетки и набрызгбетона; при притоках воды более 8 м³/ч в породах I, II и III категорий устойчивости следует применять монолит­ную бетонную крепь. При этом:

в породах I категории устойчивости толщи­на набрызгбетонной крепи на протяженных участках ствола принимается без расчета по табл. 4

Таблица 4

в породах I категории устойчивости для участков сопряжений ствола, а также в поро­дах II категории устойчивости на протяженных участках ствола толщину набрызгбетонной крепи следует устанавливать расчетом соглас­но требованиям п. 3.34 настоящих норм. При этом толщина набрызгбетонной крепи должна быть не менее 150 мм на глубинах до 500 м ч 200 мм на глубинах более 500 м.

В комбинированной крепи длину анкеров l_а следует принимать равной 2 м; расстояние между анкерами 0,7 l_а. При соответствующем обосновании допускается изменять длину анке­ров и расстояния между ними.

3.27. В породах IV категории устойчивости, на участках ствола с напорными водами, а так­же на калийных и подобных им месторождени­ях следует применять тюбинговую, железобе­тонную, многослойную крепь, а при достаточ­ной устойчивости пород - монолитную бетонную крепь.

3.28. Расчет крепи протяженной части ство­лов и шурфов следует производить на суммар­ное действие горизонтального (радиального) давления пород массива Р_п и давления оста­точного напора подземных вод Р_г с учетом тех­нологической и монтажной нагрузок.

Общее давление надлежит определять на момент времени, когда оно является наиболь­шим.

3.29. Расчётное горизонтальное (радиаль­ное) давление пород Р_п, кПа (тс/м²), на крепь протяженной части вертикальной выработка при отсутствии влияния горизонтальных де­формаций от воздействия очистных работ сле­дует определять по формуле

Р_п = пm_уп_нР^н[1+0,1(r₀ - 3)], (9)

где r₀ - радиус выработки в свету, м;

п - коэффициент перегрузки, равный 1,3;

m_y - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 5.
Таблица 5

Тип крепи	Коэффициент условий ра­боты my
Набрызгбетонная	0,50
Сборная	0,75
Монолитная	0,80

п_н - коэффициент приведения к расчетному (максимальному) давлению при неравномерной эпюре на­грузок, принимаемый по табл. 6.
Таблица 6

Угол залегания пород, , град	Коэффициент пн
	при последовательной и параллельной схемах проходки	при совмещенной схеме проходки
До 10	2,00	1,75
От 10 до 35	2,50	2,00
Более 35	2,75	2,25

P^н - нормативное давление на крепь, кПа (тс/м²), оп­ределяемое для пород I, II и III категории ус­тойчивости по формулам:

при С  6Р^н = 10[(2С - 1)+], (10)

при10  С > 6Р^н =10[(3С - 7)+], (11

где ­C - критерий устойчивости вертикальных вырабо­ток, рассчитываемый по формуле (7);

 - параметр, учитывающий технологию проходче­ских работ, принимаемый равным: при последовательной и параллельной технологических схемах - нулю; при совмещенной технологи­ческой схеме проходки с передвижной опалуб­кой при С6  равно 2 и при 10С>6  равно 3.
Примечания: 1. Нормативное давление на крепь Р^н для пород IV категории устойчивости опреде­ляется по методикам специализированных организаций.

2. В формулах (10) и (11) множитель 10 вводится при единицах СИ.

п_нс = п_н +(20 - z)x. (12)

Р_c^н = Р^н(1,5 - 0,025z). (13)

где z - расстояния от узла сопряжения до рассматриваемого сечения в районе 20 м;

х - коэффициент перехода от протяженного участка к району сопряжения, принимаемый по табл. 7.
Таблица 7

Угол залегания пород , град	Коэффициент х
	при последователь­ной и параллельной схемах проходки	при совмещенной схе­ме проходки
До 10	0,050	0,037
Более 10	0,025	0,025

3.31. В местах пересечения ранее вырабо­танных пространств на удалении до 6m в кров­лю и до 2m в почву (где m - мощность пласта) величина нормативного давления P_p^н, кПа (тс/м²), на крепь определяется по формуле

Р_р^н = 0,66Р^н +100, (14)

где Р^н - нормативное давление, определяемое по фор­мулам (10) или (11);

100 - слагаемое в единицах СИ; при единицах дав­ления в тс/м² слагаемое следует принимать равным 10.

3.32. При проектировании сопряжений ство­ла с горизонтальными выработками и камера­ми для исключения их влияния на ствол необ­ходимо:

околоствольные выработки в породах II категории устойчивости на протяжении от ствола не менее 30 м, а в породах III и IV ка­тегории - не менее 50 м крепить жесткой кре­пью; в породах I категории тип крепи не регла­ментируется;

погашаемые околоствольные выработки в породах I и II категорий устойчивости на про­тяжении от ствола до 10 м, а в породах III и IV категорий устойчивости до 30 м закладывать кусковатой породой с тампонажным раствором.

3.33. Давление подземных вод Р_г, кПа (тс/м²), на крепь выработки в коренных поро­дах без их тампонажа следует определять по формуле (l5), а при наличии тампонажа пород по формуле (16)

, (15)

, (16)

где п - коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,1;

Н_е - естественный или сниженный общим водопонижением напор в данном водоносном горизонте, определяемый по результатам гидрогеологических исследований, м;

k_ф^кр - коэффициент фильтрации крепи (для бетонной крепи k_ф^кр = 0,00158 м/сут);

k_ф^п, k_ф^т - соответственно коэффициенты фильтра­ции породы и затампонированной зоны, определяемые по данным гидрогеологических исследований, м/сут;

r₁,r₀,r_т - соответственно внешний, внутренний ра­диус крепи и радиус затампонированной зоны, м; при неизвестном r₁ в расчете следует принимать для первого приближения толщину бетонной крепи r₁ - r₀, равной 0,5 м с последующим уточнени­ем толщины крепи;

R(t) - радиус влияния дренажа выработки, оп­ределяемый по данным гидрогеологиче­ских изысканий из выражения R(t) = 1,5;

а - коэффициент пьезопроводности водоносного горизонта, м²/сут;

t - время от начала дренирования, сут;

_в - обозначение то же, что в формуле (8).

В тех случаях, когда по расчетам Р_г более Р^н, в формулах (15) и (16) необходимо учиты­вать корректировку времени, принимая t соот­ветствующим моменту на 2 мес после вве­дения крепи в работу.

Если менее 4, то в формуле (16) Р_г равно 0, а при , более 100 определяется из выражения

Р_г = Н_е_в.

При расчете горизонтального давления об­водненных пород в формуле (9) вместо коэф­фициента п_н следует принимать коэффициент п_н^г , определяемый по формуле

3.34. Расчет толщины монолитной бетонной и набрызгбетонной крепи вертикальной вы­работки _к, мм, следует производить по фор­муле

. (18)

где r₀ - радиус вертикальной выработки в свету, мм;

m_у - коэффициент условий работы крепи, принимаемый равным 1.25;

m_б1,m_б3, m_б7 - соответственно коэффициенты, учиты­вающие длительную нагрузку, усло­вие для нарастания прочности и темпе­ратурные колебания, принимаемые в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций;

R_пp - расчетное сопротивление бетона сжа­тию, принимаемое в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конст­рукций, кПа (тс/м²);

k_p - коэффициент концентрации напряже­нии в конструкции крепи, принимае­мый равным 1 на протяженных уча­стках ствола и равным (2-0,05 z) в районе сопряжения, где z - рас­стояние от узла сопряжения до рас­сматриваемого сечения, м;

Р - горизонтальное давление, кПа (тc/м²), определяемое как суммарное от дав­ления пород Р_п и подземных вод Р_г;

_пб - толщина породобетонной оболочки, образующейся за счет проникновения бетона в окружающие нарушенные породы: для набрызгбетона принима­емая равной 50 мм, для остальных типов крепи - равной нулю.

3.35. В вертикальных выработках, находя­щихся в зонах воздействия очистных работ и других выработок, а также водопонижения при величинах ожидаемых относительных дефор­маций пород вблизи выработки, превышающих их допускаемые значения для крепи, указан­ные в табл. 8, в породах всех категорий устой­чивости следует применять конструктивные элементы защиты или конструкции крепи, при­способленные к принудительному деформиро­ванию совместно с массивом пород.

Таблица 8

3.36. Конструктивные элементы защиты крепи ствола следует назначать на основе расчета ожидаемых относительных деформаций пород околоствольного массива и с учетом необходимой степени гидроизоляции ствола. При этом, если:

деформации растяжения пород превышают значения, указанные в табл. 8, то следует предусматривать горизонтальные разрезные швы на расстояниях не более 15 м друг от друга, преимущественно на пересечении наиболее слабых слоев пород;

деформации сжатия пород находятся в ин­тервале от указанных в табл. 8 до 15 мм/м, то следует предусматривать горизонтальные оса­дочные швы (узлы вертикальной податливо­сти) в местах наибольших деформаций и на контактах прочных и слабых пород или меры по обеспечению проскальзывания крепи на за­щищаемом участке;

деформации сжатия пород превышают 15 мм/м, то следует предусматривать осадоч­ные зоны и узлы вертикальной податливости;

проявляются горизонтальные деформации, то следует предус­матривать повышение несу­щей способности и податливые конструкции, обоснованные расчетом.

3.37. Для компенсации вертикальных де­формаций сжатия осадочными швами макси­мальное расстояние между ними в вертикаль­ной выработке устанавливается расчетом со­гласно требованиям настоящих норм, но не более 20 м. Осадочные швы выполняются из податливого материала, а при необходимости гидро- и газоизоляции в них устанавливаются специальные герметичные узлы податливости,

Максимальное расстояние 1, м, между оса­дочными швами определяется по формуле

где D₁ - диаметр выработки в проходке (вчерне), м;

3.38. Расчетная рабочая высота h_ш, мм, осадочного шва определяется по формуле

где _р - разность оседаний на границах защищаемого участка, мм, которая определяется из выражения _р = _im_i;

_i - относительные вертикальные деформации в пределах защищаемого участка, мм/м;

m_i - мощность слоя, м;

а_п - сжимаемость материала прокладок в шве или узле податливости, %, при нагрузках равных допускаемым для материала крепи, принимаемая по результатам испытаний материала.

3.39. При полной компенсации вертикальных и горизонтальных деформаций массива от воздействия очистных работ конструктивными мерами защиты величины расчетных давлении на крепь вертикальной выработки следует оп­ределять согласно требованиям настоящих норм без учета воздействия очистных работ.

В случае неполной компенсации проявле­ний указанных деформаций от воздействия очистных работ или отсутствии конструктив­ных мер защиты выработки расчет крепи сле­дует производить по ожидаемым перемещениям согласно методикам специализированных организаций.

При этом минимальная величина несущей способности крепи должна приниматься не менее величины расчетного давления на крепь без учета влияния очистных работ.

Примечание. Расчеты давления на крепь, конструктивные элементы защиты кре­пи вертикальных выработок при скользящих крепях с заполнением закрепного пространст­ва следует производить по методикам специа­лизированных организаций.

3.40. При проектировании горных вырабо­ток сумма остаточных водопритоков с водо­носных горизонтов не должна превышать до­пустимого водопритока в ствол, установленно­го в главе СНиП по правилам производства и приемки работ подземных горных выработок.

Остаточный водоприток в ствол Q_ост, м³/сут, в результате фильтрации воды через крепь следует определять по формуле

Q_ост = Wm. (21)

где m - мощность водоносного горизонта, м;

W - фильтрационный расход воды на единицу длины ствола, м²/сут, определяемый по формулам:

в условиях без тампонажа пород

в условиях тампонажа пород

где Н_е, k_ф^п, k_ф^кр, k_ф^т, r₁, r₀, r_т, R(t) - то же, что и в формулах (15) и (16).