Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова
(технический университет)
кафедра СГП и ПС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине _____ ____Геомеханика________
(наименование дисциплины )
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Тема: составление паспорта крепления однопутного рудного штрека
Е
Автор: студентка группы е ГС-99-1 е е е / Ветринская О.И. t/
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: е е
Дата: е ее
ПРОВЕРИЛ:
Руководитель проекта е доцент е е е /Тимофеев О.В./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2002 год
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова
(технический университет)
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
проф. Протосеня А.Г.
<<______>> _____________2002г.
Кафедра СГП и ПС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине геомеханика_________________________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
ЗАДАНИЕ
Студенту группы ГС-99-1 Ветринской Ольге Игоревне
(шифр группы) (Ф.И.О)
1. Тема проекта составление паспорта крепления однопутного рудного штрека
2. Исходные данные к проекту по индивидуальному заданию
1. Шахта - категории по газу и пыли
2. Глубина залегания от поверхности Н=800 м.
3. Вид транспорта: электровоз контактный К10, вагонетка ВД-3,3.
4. Срок службы 4 года.
5. Крепь штанговая железобетонная.
6. Породы: боксит красный, МПа, коэффициент структурного ослабления ; коэффициент длительной прочности =0,8 , , угол падения 300
7. Горное давление: рассчитать.
8. Прочие условия: z=, х1,3.
9. УИРС. Анализ конструкции железобетонной штанговой крепи.
3. Сроки сдачи проекта________________________________________________
Руководитель проекта __доцент ___________ /Тимофеев О.В./
(должность) (подпись) (Ф.И.О)
Дата выдачи задания: __________________________________________
Оглавление.
Стр.
Список литературы..................................................................................……….....14
Устойчивость незакрепленной горной выработки рекомендуется оценивать посредством критерия напряженности элементов выработки Пв, выражающего соотношение в них величин расчетных напряжений и расчетной прочности:
где
- напряжение в нетронутом массиве по заданному направлению, КПа;
а ,где
Ка – коэффициент аномальности напряжений в массиве пород;
=26 кНм3-объёмный вес апатитовой руды;
Н=700 м- глубина залегания выработки от поверхности;
Х1,31,3*26*800=27040 (кПа) Z2680020800 (кПа),
К1=2- коэффициент концентрации напряжений на контуре выработки в результате его неровности;
К2=1,15- коэффициент концентрации напряжений на контуре выработки от влияния других выработок;
Rсж=30103 кПа- предел прочности пород на одноосное сжатие в образце;
Кс=0,5- коэффициент структурного ослабления;
=0,8- коэффициент длительной прочности.
Показатель напряжённости для кровли:
Показатель напряженности для боков:
Т.о. получаем в кровле и в боках ПВ>1,3 (неустойчивое состояние). Вокруг выработки будет образовываться зона предельного состояния, в которой возможно разрушение массива. Разрушение пород начинается вскоре после их обнажения. Контур выработки устойчив меньше трех часов после обнажения. Наблюдается шелушение и заколообразование в призабойной зоне.
Для крепления выработки будем использовать анкерную сталеполимерную крепь в комбинации с набрызгбетоном и металлической сеткой (размер ячеек 50х50 мм диаметром проволок 3 мм)
Габариты транспорта:
Электровоз К-10:
Колея – 900 мм
Ширина по выступающим частям – 1350 мм
Высота по кабине – 1650 мм
Высота по токоприемнику – 1800 мм
Длина по буферам – 5200 мм
Вагонетка ВГ 3,3:
Вместимость - 3,3 м3
Колея – 900 мм
Ширина – 1320 мм
Высота – 1300 мм
Длина – 3450 мм
Для уборки и загрузки руды в вагонетки используем пневматическую колесно-рельсовую погрузочную машину ППН-1с, обладающую следующими характеристиками
Пневматическая колесно-рельсовая погрузочная машина ППН-1с:
Вместимость ковша - 2 м3
Длина – 2250 мм
Ширина – 1250 мм
Фронт погрузки – 2200 мм
Для нанесения набрызг-бетонной крепи используем машину БМ-68У
2. Определение размеров поперечного сечения выработки и проверка по скорости движения воздуха.
Ширина выработки в свету на уровне высоты людского прохода (1,8 м):
где n=50 мм – выпуск конца штанги для закрепления внутрь выработки,
m=250 мм - допустимый по ПБ зазор между крепью и подвижным составом при рамных конструкциях крепи;
А=1350 мм- ширина подвижного состава (ширина электровоза К-10, так как ширина вагонетки ВД-3,3 меньше);
p=700 мм - минимальная ширина людского прохода (по ПБ).
Ширина выработки в проходке: В1 = 2400+2k = 2468 мм,
Где k = 34 мм - толщина набрызгбетонной крепи.
Принимаю сводчатую форму поперечного сечения выработки с коробовым сводом:
Радиус боковой дуги коробового свода r=0,262В=0,262*2400=630 мм;
Радиус осевой дуги коробового свода R=0,692B=0,692*2400=1660 мм;
Расчетная высота свода выработки hСВ=В/3=2400/3=800 мм;
Высота выработки в свету h=2600 мм.
Высота выработки в проходке h=2834 мм.
Высота стен выработки от почвы:
где hпр=1800 мм – высота людского прохода (по ПБ);
h0=200 мм – высота балластного слоя.
Проектный периметр выработки:
Р=2hП+2,33В=2*2+2,33*2,4=9,592 (м)
Площадь сечения выработки в свету:
SСВ=В(hП+0,26В)= 6,3 м2.
Скорость воздуха определяется:
где Q – количество воздуха, которое необходимо пропустить через выработку;
V – скорость воздуха в выработке (максимально допустимая скорость 6 м/с по ПБ).
Отсюда Q6*6,3=37,8 (м3/с).
4.Расчет несущей способности штанги.
4.1. Расчетная несущая способность штанги из условия прочности на разрыв.
Принимаю диаметр арматурного стержня dСТ=20 мм из стали класса А-I (круглая, гладкая)
PC=*RP*mY , где
RP – расчетное сопротивление материала стержня растяжению (сталь класса А=I периодического профиля RP=24*104 кПа);
mY – коэффициент условий работы стержня штанги (в обычных условиях mY=0,9);
PC=0,000314*240*103*0,9=69,2 кН.
4.2. Расчетная несущая способность стержня из условия прочности его закрепления в бетоне.
РЗ'=π·dст·1·lЗ·k1·my' ,
При этом должно учитываться условие: РЗ' PC
где dст - номинальный диаметр арматурного стержня,
1 – удельная прочность закрепления стержня в бетоне (1=20мПа для полимербетона),
lз – длина заделки,
k1 – поправочный коэффициент на длину заделки,
my' – коэффициент условий работы замка (для сухих скважин my'=0,8)
Принимаю lЗ=0,1м, тогда k1=1 для полимербетона.
РЗ'=3,14·0,02·2·104·0,1·1·0,8=100,48 (кН).
При этом соблюдается условие: РЗ' PC
4.3.Расчетная несущая способность замка из условия его сдвига относительно стен скважины.
РЗ"=·dС·2· lЗ· my" ,
где dС – диаметр скважины (принимаю dС=36мм)
2 – удельное сопротивление сдвигу бетона относительно стен скважины, (2=2,5(МПа) при полимерном бетоне).
my" – коэффициент усилия работы замка (для сухой породы my"=0,9),
Принимаю lЗ=0,3 , тогда:
РЗ"=3,14*0,036*2,5*103*0,3*0,9=76,5(кН),
При этом соблюдается необходимое условие: РЗ11 PC
2.4.Объем полимербетонной крепи необходимой для закрепления одной штанги.
В качестве lЗ принимаем наибольшую из величин пунктов П 4.2 и П 4.3
Тогда:
VCM=0,785(dCKB2-dCT2)lЗ=0,785(0,0362-0,0202)0,3=0,023 (м3).
2.5. Определим высоту ампулы и количество ампул.
(м),
где da – диаметр ампулы, da=32мм,
β – коэффициент выхода полимербетонной смеси, β=0,9.
Количество ампул
,
кп – коэффициент полезной длины ампулы кп=0,92. [1].
Расчет анкерной крепи.
1.Расчет длины и плотности расстановки штанг.
,
где b1- высота свода обрушения,
a1 – полупролет свода обрушения, определяемый по формуле
) ,где
а – полупролет выработки в проходке, а=1,234 мм,
р – расчетный угол внутреннего трения горных пород, р=arctg(fkc)=
=arctg (0.75)=36.9
hСВ – высота верхнего свода выработки в проходке ,
- коэффициент крепости пород,
кС – коэффициент структурного ослабления, кС=0,5
(м),
(м),
Реальная высота сводообрушения
(м).
Глубина вывалообразованмя в боках выработки
S = a1 - a = 2,44-1,234 = 1,206 м
При проведении выработки буровзрывным способом в некоторой зоне массива пород вокруг выработки образуются взрывные трещины. Глубина этой зоны (возможного обрушения пород) может быть определена по эмпирической формуле:
Где:
R – предел прочности породы при сжатии, МПа;
Z - коэффициент, учитывающий параметры буровзрывных работ
Z=
Где:
е1 – коэффициент работоспособности ВВ;
dп – диаметр патрона ВВ, м;
lш – длина шпура, м.
При значении dп =0,036 и е1=0,82 значение Z при глубине шпуров 1,2 м составляет 18,34
м
По методике Протодьяконова мы получили высоту и конфигурацию свода обрушения равную м. Посчитав по эмпирическим формулам, с учетом буровзрывного способа проходки, получили глубину зоны возможного обрушения пород равную м. Для дальнейших расчетов буду использовать первый результат, т.е. м.
2. Плотность расстановки штанг в кровле:
штанг на 1м2
lв =1,2 м- глубина зоны возможного обрушения
γк=26кН/м3-объемный вес пород в кровле в пределах зоны возможного обрушения пород,
nп=1,2- коэффициент перегрузки.
PШ – расчетная осевая нагрузка на штангу, PШ =0,95PС = 57,7 кН
3. Расстояние между штангами:
4. Расчетное число штанг в боку выработки.
Определим суммарную расчетную нагрузку в боках выработки:
∑Р=(Рб'+Рб'')·(hСТ+0,5hСВ), где
Рб' и Рб'' – верхнее и нижнее боковые давления, которые находятся по формулам:
Рб'=РВ·λ Рб''=(РВ+γ·hp)·λ, где
РВ=lв·γ=1,2·26=31,2 (кПа) – вертикальная нагрузка,
γ – объемный вес пород,
b1 – высота сводообрушения,
λ =
Рб'=31,2·0,25=7,8 (кПа)
Рб''=(31,2 +26·2,42)·0,25 =23,53 (кПа)
∑Р=(7,8+23,53)·(2+0,5.0,834)=75,8 (кН/м)
Тогда количество штанг в боках выработки будет равно:
nб= ∑Р /Рш =75,8/57,7=1,3=2
где Рш - расчетная несущая способность штанги
Определение длины штанги:
lш=lЗ+ lВ +lП =0,3+1,2+0,05=1,6 м
lЗ=0,3м- глубина замковой части штанги
lВ=1,2м- глубина заделки штанги в неустойчивую зону массива
lП =0,05м - длина выступающей из скважины части штанги
Итак, для крепления выработки (свода и боков) используем сталеполимерный анкер из стали класса А-I, длиной 1,6 м, диаметром 20мм, с диаметром скважины 36мм.
Принимаем патронированный метод установления анкера. Расстояние между штангами в своде 1,2м. [1].
6. Расчет набрызгбетонной крепи.
1. Средняя толщина набрызг-бетонного покрытия по методике В.М.Мосткова:
,где
k=0,25- коэффициент зависящий от типа крепи
а- шаг крепи, так как крепь набрызгбетон, то а=1,05
q- равномерно распределенная нагрузка на набрызгбетонное покрытие:
(кПа)
Rp=11,5·105 Па- расчетное сопротивление набрызгбетона растяжению для марки цемента М300
3. Определение количества набрызгбетона для крепления 1м выработки:
Vнб=Рв*d=9,592*0,034=0,326 м3
Рв=9,592 м- периметр выработки
d=0,034 м- толщина набрызгбетонного покрытия.
Таким образом, согласно проведенным расчетам, толщина набрызгбетонного покрытия составит 34 мм. Для крепления 1м. выработки по расчёту требуется 0,326 м3 набрызгбетона. С учётом отскока набрызгбетона от стен и свода расход бетона увеличивается на 20% и составляет 0,3912 м3 на 1 м. Для приготовления состава набрызгбетонной смеси следует применять щебень наибольшей крупности 5 мм. Рекомендуемое соотношение цемент-щебень 1:3. Используется портландцемент марки М300.
7. Расход материалов на 1м выработки.
1. Набрызгбетон (В25)- 0,326 м3;
2. Штанги (класс А-I, диаметр d=20 мм) – 5 шт; 19,76 кг ;
3. Металлическая сетка (размер ячеек 50х50 и диаметром проволок 3 мм) 4,94 м3
4. Бетон на канавку (В15)- 0,067 м3;
5. Арматура на канавку – 2,69 кг;
6. Лес круглый на перекрытие канавки - 0,018 м3;
Расход материалов на устройство постоянных путей.
где a=0,2 м – ширина постели шпалы;
b=1,5 м – длина шпалы;
h=0,12 м – толщина;
n=1 – количество путей;
m=0,5 м – шаг укладки шпал.
где q=33,5 кг/м – погонная масса рельса Р33; n=1 – количество путей.
Расход материалов на устройство временных путей.
1. Швеллер №14а:
масса 1 м швеллера 12.3 кг.
Для настила путей берем швеллер длиной 1,5 м, тогда m=1,5*12,3=18,45 кг
Шаг установки швеллера 0,5 м, тогда на 1 метр приходится 2 швеллера.
M=b*m=18.45*2=36.9 кг
где q=33,5 кг/м – погонная масса рельса Р33;
n=1 – количество путей.
8. Технология проходки и крепления выработки
Проходка выработки осуществляется буровзрывным способом. Бурение шпуров осуществляем с помощью шахтной бурильной установки 2УБН-2П с пневмоколесной ходовой частью. Для уборки и транспортирования породы используем погрузочно-транспортную машину на пневматическом ходу ПТ-10.
Сначала возводим анкерную крепь. Для бурения скважин под анкеры в кровле применяем телескопические перфораторы ПТ. Устанавливаем сталеполимерные анкера патронированным методом. Вводим в скважину связующий состав в специальных двухкамерных ампулах и вращаем армирующий стержень при подаче в скважину для разрушения оболочек ампул и смешивания компонентов связующего состава. Устанавливается металлическая сетка. Закручивание гайки анкера осуществляем переносным инструментом – гайковертом с электроприводом СГЭ-2.
Набрызгбетонная крепь возводится с отставанием от забоя, за зоной интенсивных смещений горных пород, после возведения анкерной крепи. Для возведения крепи используем ручное пневмосверло СГ-4, закрепленное на пневмодорожниках ПК-14.В шпур вводят ампулы, затем в нем размещают армирующий стержень диаметром 20 мм, который приводят во вращение с помощью пневмосверла. Вращение стержня в шпуре производят в течение 30-45с. через 1-4 мин на контурном конце стержня размещают опорные элементы, а натяжение анкера производят уже через 15-30 мин после окончания его установки. По истечении 1 ч разрешается проведение взрывных работ. [4].
9. УИРС. Анализ конструкции сталеполимерной штанговой крепи.
В комплект сталеполимерной штанги входят в общем случае арматурный стальной стержень, ампулы с компонентами смеси быстротвердеющего полимербетона, опорная плитка или подхват и гайка. Диаметр скважины при обычном бурильном оборудовании и инструменте принимают 38-40 мм. Более целесообразно устанавливать СПШ в скважины диаметром 28-32 мм, при которых возрастает скорость бурения, снижается расход полимербетонной смеси и улучшается качество ее перемешивания стержнем.
В качестве арматуры СПШ применяют сталь периодического профиля диаметром 18-22 мм или круглую гладкую диаметром 22-24 мм с волнообразным глубинным концом на длине 250-350 мм, с крупной резьбой или с лопаткообразным концом. При скважине диаметром 36-40 мм наилучшее перемешивание полимербетона обеспечивается стержнем с волнообразным концом. В скважинах диаметром 28-32 мм следует применять стержень с прямолинейным глубинным концом.
Контурный конец стержня замковой СПШ должен иметь на длине 100-120 мм метрическую правовую резьбу для прижатия к породе с помощью опорного элемента и создания начального натяжения щтанги. Контурный конец стержня сплошной СПШ вместо резьбы может иметь головку, обеспечивающую при установке штанги возможность вращения стержня в скважине с помощью вращательной машины для перемешивания компонентов закрепляющей смеси.
Для предотвращения вытекания из замковой части скважины полимербетонной смеси в момент ее перемешивания на арматурный стержень устанавливают манжету из резины, полиэтиленаили друого эластичного материала. Ее диаметр равен диаметру скважины. Манжету фиксируют на заданном участке стержня металлическим стопорным кольцом толщиной 1,5-2,0 мм с наружным диаметром на 3-4 мм меньше диаметра скважины.
Ампулы для подачи компонентов полимербетонной смеси в скважину применяют стеклянные, полиэтиленовые или комбинированные длиной 0,3-0,5 м с двумя или тремя отделениями для раздельного размещения в них смолы, отвердителя, а иногда и катализатора. Заполнитель помещают в смолу, отвердитель или в оба компонента. Рекомендуется применять комбинированные ампулы, имеющие наружную оболочку из полиэтиленовой пленки толщиной 0,1-0,12 мм и внутренную пробирку для отвердителя и катализатора.Такие ампулы экономичны, удобны при изготовлении и наполнении, хранении и введении в сквважину.
Диаметр ампулы следует принимать на 3-4 мм меньше диаметра скважины, длину-в зависимости от требуемой длины полимербетонного замка. Пробирка под отвердитель должна быть на 10-15 мм короче ампулы. Ее внутренний диаметр (10-18 мм) зависит от расчетного объема отвердителя и катализатора. Пробирки должны быть плотно закрыты полиэтиленовой пробкой или другими способами.
Опорная плитка должна обеспечивать плотное прилегание к породе, удобство при завинчивании гайки и сохранение заданного натяжения штанги при ее перпендикулярном и слегка наклонном положении относительно укрепляемой поверхности. Наиболее целесообразна сферическая опорная плитка с овальным отверстием. При расположении штанги перпендикулярно к укрепляемой поверхности допустимо применение сферических плиток с круглым отверстием.
При существенно трещиноватых породах непосредственной кровли применяют металлические подхваты и затяжку. При выветривающихся породах и большом сроке службы выработки рекомендуется дополнительно к штангам применять набрызгбетонное покрытие
Список литературы.