Расчет набрызг-бетонного покрытия

Крепь подземных горных выработок, возводимая методом набрызгового покрытия бетонным составом обнаженной поверхности призабойного пространства имеет два различных способа приготовления и нанесения готовой рабочей смеси на открытые поверхности стенок и кровли выработок.

Первый способ называется торкретированием обнаженных поверхностей выработок. Готовая сухая бетонная смесь по шлангу под давлением сжатого воздуха с большой скоростью выходит из сопла, в котором в готовую смесь подается дозированное количество воды, необходимое для образования густой консистентной влажной бетонной смеси, способной механически прочно соединиться с поверхностью породы. Сухая смеь для торкретирования изготавливается из обычного, быстросхватывающегося или быстротвердеющего цемента (300 – 350 кг на 1 м3 готовой сухой смеси), песка и щебня. Песок делится по фракциям: от 0,14 мм до 1,2 мм – 60%, а от 1,25 до 5,0 мм – 40%. Отношение воды к цементу находится в пределах 0,4 ÷ 0,5 и зависит от влажности заполнителя.

Добавка ускорителя твердения вводится в воду в количестве от 1,8 до 3,9% от массы цемента. В качестве ускоряющих добавок как при торкретировании, так и при набрызг-бетонировании применяются следующие химреактивы:

- ОЭС – алюминат натрия (NaAlO +NaAlO2) с бокситами (алюминат натрия представляет собой механическую смесь непостоянного соотношения алюмината натрия и алюминита натрия – натриевых солей слабых алюминиевой и алюминиевистой кислот – HAlO и HAlO2);

- НКА - алюминат натрия с углекислым калием (NaAlO +NaAlO2) + К2СО3;

- фтористый натрий NaF в чистом виде.

Добавка ускорителя обеспечивает начало схватывания покрытия через 1,5 ÷ 2,5 мин.

Второй способ крепления покрытием обнаженной поверхности подземных горных выработок называется набрызг-бетонным покрытием и представляет собой нанесение готовой бетонной смеси, вылетающей из сопла машины для набрызг-бетона (машина для набрызг-бетона БМ-80 и др.) с большой скоростью на поверхность породы. Частицы цемента с мелкими фракциями песка забиваются в пустоты и трещины пород стенок и кровли выработки. После схватывания и упрочнения бетона, приконтурный слой породы работает совместно с набрызг-бетонным покрытием, образуя конструкцию крепи с высокой несущей способностью. Кроме того, нанесенная даже тонким слоем набрызг-бетонная крепь, как и торкрет-бетонная крепь предохраняет породы от воздействия внешних факторов (вода, влага, выветривание и др.) меняющих состав и свойства пород и снижающий их прочность.

Готовая рабочая смесь для набрызг-бетона, как и для торкретирования, состоит из обычного, быстросхватывающегося или быстротвердеющего цемента (300 – 350 кг на 1 м3 готовой сухой смеси), песка и щебня. Песок фракцией до 5,0 мм – 60%, остальное щебень фракциями от 5,0 до 10 мм составляет 50 ÷ 60%, от 10 до 20 мм – 40 ÷ 50%. Максимальный размер отдельных включений в набрызг-бетоне допускается 25 мм, а в торкрет-бетоне – 8 мм.

Набрызг-бетонное покрытие применяется как самостоятельно, так и в сочетании с анкерной крепью, а также с покрытием породы перед бетонированием металлической cеткой под анкера.

В ответственных горных выработках имеет место применения в слабых сильнотрещиноватых слабоустойчивых породах с крепостью f ≤ 4 крепление арочной крепью совместно с металлической сеткой и набрызг-бетоном.

В общем случае, и в в курсовой работе в частности, толщина покрытия из набрызг-бетона определяется из эмпирической формулы:

=k´a ,

В формуле приняты следующие обозначения

∆ - среднее значение толщины покрытия из набрызг-бетона по периметру выработки (с точностью до 1 см)

k´ - эмпирический коэффициент. Принимается равным:

- при закреплении выработки только набрызг-бетоном k´= 0,35,

– при совместном использовании анкеров и набрызг-бетона k´ = 0,25,

– при совместном использовании арочной крепи и набрызг-бетона k´ = 0,15 ÷ 0,18.

а – шаг крепи, м, - определяется по вышеприведенным формулам для расчёта крепи по горному давлению; для выработки, закрепленной только набрызг-бетоном, значение а принимается равным а=1;

Rр – сопротивление набрызг-бетона растяжению, принимаемое в размере 0,75% от расчетного равного Rр = 1,15 ÷ 1.8 МПа;

Q = 2 a1b1γк – нагрузка на крепь, Т, т.е величина горного давления со стороны кровли на 1 п.м. длины выработки будет равна:

Q = 2 2 a1b1γк, Т,

а на одну раму (при смешанном креплении выработки арочной крепью и набрызг-бетоном):

Q = 2 a1b1γк L, Т,

где – а1 – половина ширины выработки вчерне, м;

b1 = , высота свода обрушения, м,

f - коэффициенткрепости пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова;

γк – объемный вес пород кровли, т/м3.

L – расстояние между рамами или точками опоры кровли на раму, м.

В особо ответственных случаях (гидротехнические подземные сооружения, городские подземные инженерные коммуникации, военные, оборонные сооружения, сооружения гражданской обороны и другие подобные ответственные объекты), в каждом конкретном случае проектными организациями рассчитываются по более сложным формулам, учитывающим все параметры и свойства горных пород, например, их водообильность, глубину закладки горных сооружений, наличие и высотность застройки поверхности и т.д.

Следует отметить, что для получения качественной крепи из набрызг-бетона, крайне необходимо, чтобы работы по покрытию начинались сразу же после обнажения призабойных поверхностй породы, до раскрытия трещин, появления отслоений породы и других, нарушающих целостность массива, явлений.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Таблица физико-механических свойств горных пород.

Степень крепости пород     Наименование горных пород Категория пород Коэфф. крепости пород, f Плотность пород γ, т/м3   Угол внутреннего трения, φ, град. Коэфф. разрых-ления пород
В высшей степени крепкие Наиболее крепкие плотные и вязкие породы и базальты. Исключительные по крепости породы. I 20 ÷ 22 2,8 ÷ 3,0   2,2
Очень крепкие Очень крепкие гранитовые породы. Кварцевый порфир, очень крепкий гранит. Кремнистый сланец, менее крепкий, нежели указанные выше кварциты. Самые крепкие песчаники и известняки II 14 ÷ 18 2,6 ÷ 2,8   2,2
Крепкие Гранит (плотный) и гранитовые породы. Очень крепкие песчаники и известняки. Кварцевые рудные жилы. Крепкий конгломерат. Очень крепкие железные руды. III 10 ÷ 14 2,5 ÷ 2,6   82,5 2,2
Крепкие Известняки (крепкие). Некрепкий гранит. Крепкие песчаники. Крепкий мрамор, доломит. Колчедан. IIIа 2,5         2,0
Довольно крепкие Обыкновенный песчаник. Железные руды. IV 2,4  
Песчаные сланцы. Сланцевые песчаники. 2,5   72,5
Средние Крепкие глинистые сланцы, некрепкий песчаник и известняк. Мягкий конгломерат. V 2,5  
То же Разнообразные сланцы (некрепкие). Плотный мергель. Vа 2,5   1,8
    Довольно мягкие Мягкий сланец, мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс. Мерзлый грунт. Антрацит. Обыкновенный мергель. Разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, Каменистый грунт. VI 2,4 ÷ 2,6   1,6
Щебенистый грунт. Разрушенный сланец, слежавшаяся галька и щебень. Крепкий каменный уголь (f = 1÷ 1,4), Отвердевшая глина. VIa 1,5 1,8 ÷ 2,0   1,4÷1,5
    Мягкие Глина плотная. Каменный уголь (f = 1÷ 1,3). VII 1,8   1,3÷1,4
Лёгкая песчанистая глина. Лёсс, гравий. Мягкий уголь (f = 0,6 ÷ 1,0). VIIa 0,8 1,6   1,25 ÷ 1,35
Землистые Растительная земля. Торф. Легкий суглинок, сырой песок. VIII 0,6 1,5   1,2÷1,3
Сыпучие Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпная земля, добытый уголь. IX 0,5 1,7   1,1÷1,2
Плывучие Плывуны. Болотистый грунт, разжиженный лёсс и др. Разжиженные грунты (f = 0,1 ÷ 0,3) Х 0,3 1,5 ÷ 1,8   1,05

 

 

Приложение 14. Таблица показателей прочности скальных пород.

 

    Тип скальной породы Предел прочности на сжатие, х 105, Па Предел прочности на растяжение, х 105, Па   Коэффициент Пуассона, ν Модуль Юнга, E, МПа · 104  
Граниты 0,23
Микрограниты 0,21 5,5
Сиениты 0,24
Диориты 0,25 8,5
Долериты 0,25 9,5
Габрро 0,23
Базальты 0,25
Песчаники 0,19 4,25
Мергели 310 ÷ 380 0,175
Известняки 0,18 4,5
Доломиты 0,22 6,2
Кварциты 0,12 2,3
Мрамор белый 0,25 5,11
Мрамор черный 0,32 5,74
Мрамор красный 0,26 4,74
Диабазы 0,28 9,38
Роговики 0,28 6,46
Лиственит 45,3 0,17 6,65
Порфириты 0,31 8,85

 

 

Приложение 15. Чертежи и таблица параметров арочной крепи по Сборнику «Унифицированных сечений горных выработок"

Сечение выработки Р А З М Е Р Ы, мм   ∝0 , град   𝛽0 , град
  вчерне в свету r R Hпр Hкр h2 h1 hc h0 ha hб B Bкр Впр hсп+ hзат
8,0 6,4 105,3 37,3
9,0 7,3 105,3 37,3
10,6 8,5 84,5 47,7
12,7 10,4 84,5 47,7
15,5 12,8 98,7 40,7
17,3 14,5 98,7 40,7
20,4 17,2 73,5 53,2

 

 

Приложение 16. Образец расположения коммуникаций в однопутевых и двухпутевых горных выработках:

Расположение коммуникаций в однопутевом откаточном штреке, закрепленном арочной металлической податливой крепью типа АП.

1. Тройниковая муфта кабеля светильника; 2. Кабель светильника; 3. Трубопровод сжатого воздуха; 4. Противопожарный трубопровод; 5. Кронштейны с подвеской телефонных, сигнальных и осветительного кабелей; 6. Кронштейны с подвеской силовых кабелей.

 

Расположение коммуникаций в двухпутевом откаточном штреке, закрепленном арочной металлической податливой крепью типа АП.

1. Подвеска контактного провода; 2. Тройниковая муфта кабеля светильника; 3. Кабель светильника и светильник рудничный; 4. Трубопровод сжатого воздуха; 5. Противопожарный трубопровод; 6. Кронштейны с подвеской телефонных, сигнальных и осветительного кабелей; 7. Кронштейны с подвеской силовых кабелей.

 

 

Приложение 17. Таблица технических характеристик крепежного проката из металла (двутавровые балки, спецпрофиль СВП, железнодорожные и рудничные рельсы), применяемого для крепления горных выработок трапециевидной, арочной и кольцевой формы сечения:

Сечения различных металлических профилей, применяемых для изготовления крепи выработок:

а) – двутавровая балка; б) – широкополочная двутавровая балка;

в) – взаимозаменяемый спецпрофиль типа СВП для арочной податливой крепи типа АП.

 

 

Наименование профилей Ширина полки, подошвы, мм Высота профиля, мм Вес 1 м конструкции, кГ Площадь поперечного сечения F,см2 Моменты сопротивления  
Wx , см4 Wy ,см4
Двутавровый профиль
№ 12 14,0 17,8 72,7 12,7  
№14 16,9 21,5 16,1
№16 20,5 26,1 21,2
№18а 27,9 35,5 31,5
№20б 31,1 39,6 33,1
№20а 33,0 42,0 40,9
№22б 36,4 46,4 42,7
№22а 37,4 47,7 48,4
№24б 41,2 52,6 50,4
Балки взаимозаменяемого желобчатого профиля (спецпрофиль СВП)
СВП-17 131,5 94,0 17,6 21,73 50,3 57,9
СВП-22 145,5 110,0 21,9 27,81 74,8 77,8
СВП-27 150,4 123,0 27,0 34,4 100,2 97,8
СВП-33 166,0 136,0 33,8 42,46 138,5 148,0
  Рельсы железнодорожные
Р-33 33,5 42,758 155,9 30,3
Р-38 38,4 49,063 181,93 36,7
Р-43 44,653 57,0 217,31 45,0
Р-50 51,32 69,35 266,33 58,3
  Рельсы рудничные
Р-18   18,06 23,07 56,1 10,3
Р-24   25,6 32,7 87,2 17,5
                 

 

Приложение 23. Техническая характеристика рудничных контактных электровозов

 

Технические характеристики Т И П Ы К О Н Т А К Т Н Ы Х Э Л Е К Т Р О В О З О В
3КР-600 4КР1   4КР2   7КР-1м   7КР-2 10КР-1м   10КР-2 14КР-1 25КР-2м
Сцепной вес, т 3,0 4,0 4,5 7,1 8,2 9,0 9,8 14,0 25,0
Колея, мм 750, 900 750, 900 750, 900 750, 900 750, 900
Параметры часового режима: сила тяги, кГ скорость, км/час   8,3   5,5   5,5   10,5   10,5   10,5   10,5   12,6     7,0
Напряжение сети, в
Мощность тягового двигателя, кВт   1 х 12,2   2х 25   2х 25   2х 25   2х 25   2х 25   2х 25   2 х 44   4 х 25
Ток двигателя, А: - длительный - часовой     50,4   50,4   112,5   112,5   112,5   112,5     102,5
Тип тягового двигателя ДК800БМ ЭДР - 11 ЭДР - 11 ЭДР - 25 ЭДР - 25 ЭДР - 25 ЭДР - 25 ДК – 809А ЭДР - 2584
Количество двигателей
Габариты, мм длина по буферам ширина высота                  
Стоимость электровоза, тыс. сом.   60,0   80,0   90,0   142,0   164,0   180,0   196,0   280,0   500,0

 

 

Приложение 24. Техническая характеристика рудничных контактных электровозов нового ряда

Технические характеристики Т И П Ы К О Н Т А К Т Н Ы Х Э Л Е К Т Р О В О З О В
К3-1, К3-2 К5-1, К5-2 1К10-1 1К10-2 2К10-2 1К14-2 2К14-2 К20-2 К28-2
Сцепной вес, т 3,0 5,0 10,0 10,0 10,0 14,0 14,0 20,0 28,0
Колея, мм 600; 750; 900 600; 750; 900 750; 900 750; 900 750; 900 750; 900
Параметры часового режима: - сила тяги, кГ - скорость, км/час                     8,5     12,5     8,5         9,5
Напряжение сети, в
Мощность тягового двигателя, кВт 12,5 20,0 2х31 2х31 2х31 2х45 2х45 2х60 4х50
Ток двигателя, А: - длительный - часовой     33х2 82х2   58х2 145х2   58х2 145х2   58х2 145х2   76х2 204х2   76х2 204х2   88х2 204х2   88х4 204х4
Тип тягового двигателя ДК-800БМ ДРТ-12   ЭТ-31; ДРТ-33 ЭТ-31 ДРТ-33 ЭТ-31 ДРТ-33 ЭТ-46 ДТП-46 ДТП-46 ДРТ-66 ДТП-46
Количество двигателей
Габариты, мм - длина по буферам - ширина - высота   920/1220                  
Стоимость электровоза, тыс. сом. 55,0 98,5 188,0 190,0 195,0 264,0 270,0 560,0 489,8

 

 

Приложение 25. Техническая характеристика шахтных аккумуляторных электровозов

  Технические характеристики Т И П Ы А К К У М У Л Я Т О Р Н Ы Х Э Л Е К Т Р О В О З О В  
АК-2У 2АРП 4,5АРП-2 5АРВ-1 8АРП-3; АМ-8Д 13АРП-1
Сцепной вес, т 2,2 2,3 2,0 2,18 4,5 4,8 5,0 5,3 7,9   8,6 12,8
Колея, мм 750; 900 750; 900 750; 900 750; 900   750; 900
Параметры часового режима: сила тяги, кГ скорость, км/час     3,6     4,9     4,75     4,75     5,5     6,8     6,2
Напряжение аккумуляторной батареи, в              
Тип аакумуляторной батареи   36ТЖН-300   36ТЖН-300   66ТЖН-300 60ТЖН-250У   80ТЖН-350   126ТЖН-550А
Мощность тягового двигателя, кВт   2,15   2,8   2х6   2,6   2х11,2   2х15,6
Ток двигателя, А: длительный часовой            
Тип тягового двигателя   МТ-2   МТ-2   ЭДР-6   ЭДР-6 ЭДР-10Б   ЭДР-15
Количество двигателей            
Габариты, мм длина по буферам ширина высота                    
Стоимость электровоза, тыс. сом.   40,5   42,0   87,0   95,0   142,7   243,0
                                                 

 

Приложение 26. Техническая характеристика шахных аккумуляторных электровозов нового

типажного ряда

Технические характеристики Т И П Ы А К К У М У Л Я Т О Р Н Ы Х Э Л Е К Т Р О В О З О В
А3-1 А3-2 А5-1 А5-2 АВ5-1 АВ5-2 А10-1 А10-2 А14-2 А20-2 А28-2
  750, .900 750, 900 750, .900 750, 900
Сцепной вес, т
Параметры часового режима: сила тяги, кГ скорость, км/час     6,0     6,0     6,0     7,5     8,0   7,5             8,0
  Тип аакумуляторной батареи   42ТЖН-300   72ТЖН450   72ТЖН-450   98ТЖН-450 126ТЖН-700 2 х98ТЖН-450 2х126ТЖН-700
Напряжение аккумуляторной батареи, в              
Ёмкость аккумулятор-ной батареи, а             2 х 450   2 х 700
Тип тягового двигателя ЭДР-7П ЭДР-7П ЭДР-7П ДРТ-13 ДРТ-23,5 ДРТ-32 ДРТ-23,5
Количество двигателей
Мощность тягового двигателя, кВт   7,5   2х6   2х6   2х13   2х23,5   2х32   4х23,5
Ток двигателя,А: длительный часовой              
Габариты, мм длина по буферам ширина высота              
Стоимость электровоза, тыс. сом.   58,0   88,6   96,8   185,9   237,0       388,0   498,0
                                             

Примечание: в таблицах приняты следующие условные обозначения:

А – рудничный аккумуляторный электровоз;

К – рудничный контактный электровоз;

АВ – рудничный взрывобезопасный электровоз;

В – рудничный высокочастотный электровоз;

ВЗ – рудничный воздуховоз;

Д – рудничный дизелевоз;

ГР – рудничный гировоз;

- цифрой справа от буквенного индекса до дефиса обозначается сцепной вес электровоза в тоннах;

- цифра после дефиса – порядковый номер модели данного типа электровоза – (1 – на колею 600 мм, 2 – на колею 750 или 900 мм);

- цифра слева от буквенного индекса обозначает: « 1 » - электровозы для угольных и сланцевых шахт, « 2 » - электровозы для рудников черной и цветной металлургии и шахт нерудной промышленности.

 

Приложение 27. Основные размеры шахтных вагонеток, применяемых на шахтах угольной и горнорудной промышленности

Тип вагонетки Емкость кузова, м3 Р А З М Е Р Ы, мм Ширина колеи, мм Вес, кг Стои- мость, тыс. сом
длина ширина высота
  Вагонетки угольные с глухим неопрокидным кузовом  
ВГ-0,8 0,8 15,75
ВГ-1,0 1,0 18,2
ВГ-1,3 1,3 21,35
ВГ-1,4 1,4 23,6
ВГ-1,6 1,6 24,71
ВГ-2,5 2,5 39,9
ВГ-3,3 3,3 44,45
Вагонетки угольные саморазгружающиеся с откидными днищами
ВД-1,5 1,5 49,0
ВД-2,5 2,5 48,7
ВД-3,3 3,3 54,2
ВД-5,6 5,6 91,3
Вагонетки рудные с глухим неопрокидным кузовом
ВГ-1,2 1,2 600; 750 28,8
ВГ-2,2 2,2 600; 750 49,8
ВГ-4,5А 4,4 750; 900 159,9
ВГ-9А 9,0 750; 900 268,1
ВГ-10А 10,0 750; 900 3308,7
Вагонетки рудные саморазгружающиеся с откидным бортом
ВБ-1,6 1,6 600; 750 48,4
ВБ-2,5 2,5 600; 750 67,5
ВБ-4,0 4,0 750; 900 97,6
Вагонетки рудные с глухим опрокидным кузовом
ВО-0,8 0,8 600; 750 24,5
ВО-1,0 1,0 600; 750 28,3
Вагонетки шахтные пассажирские
ВПГ-12 12 чел. 600; 750 72,8
ВПГ-18 18 чел. 600; 750 86,3
ВЛН1-15Г 15 чел./6 ÷ 30° 600; 750 91,3
ВЛН2-15Г 15чел./6 ÷ 50° 600; 750 98,8
                 

 

Примечание: В таблице приняты следующие условные обозначения названий шахтных вагонеток:

ВГ –вагонетка с глухим неопрокидным кузовом;

ВБ – рудная вагонетка саморазгружающаяся в разгрузочных кривых с откидным бортом;

ВО – вагонетка рудная с опрокидным кузовом.

 

 

Приложение 28. Техническая характеристика проходческих скребковых конвейеров

 

  Показатели Тип базового скребкового конвейера
С-53А С-53МУ СР-70А СР-70М
Предельный угол транспортирования
Производительность, т/час 155; 225 180; 210 360; 450
Длина конвейера в поставке, м 120; 150
Скорость движения цепи, м/сек 0,73; 1,06 0,8; 1,07 0,94 1,024; 1,37
Тип скребковой цепи Штампованная разборная Р-2-80-290 Сварная круглозвенная 18 х 64
Число цепей
Шаг скребков, мм
Вес 1 п.м. цепи со скребками, кг 25,4 25,4 58,6 58,6
Разрывное усилие цепи, кН /тс 290 / 29 290 / 29 380 / 38 380 / 38
Высота рештачного става, мм
Ширина рештачного става по замкам, мм
Тип электродвигателя КОФ-32-4 КОФ-32-4; ЭДКОФ- 42-4 КОФ-32-4 ЭДКОФ-42-4
Мощность двигателя, квт 32; 42
Количество двигателей
Тип гидромуфты ГПВ-400 ГПВ-400 ГПВ-400 ГПВ-400
Масса конвейера в поставке, т 9,3 9,2; 11,2 21,2 29,7
Стоимость конвейера, тыс.сом 180,2 360,0 545,0; 620,4

 

 

Приложение 29. Техническая характеристика вентиляторов местного проветривания,

применяемых при проходке горных выработок:

    Марка вентилятора   Основные размеры и параметры вентилятора
  Диаметр входного и выходного патрубка, мм Производительность вентилятора в рабочей зоне, Qп ,м3/мин Полное давление (депрессия) в рабочей зоне, hп , кГ/м2 Мощность двигателя, кВт   Вес агрегата, кг   Стоимость агрегата, сом     Тип привода
  ВМ - 3М     33 - 87   28 – 94   2,5       Электри-ческий
  ВМ – 4М     54 – 150   135 – 60   4,0       «
  ВМ – 5М     96 – 285   165 – 66   13,5       «
  ВМ – 6М     138 – 426   290 – 80   24,0       «
  ВМ – 8М     246 – 810   420 – 80   50,0       «
  ВМ – 12М     600 – 1920   720 – 65   110,0       «
  ВЦ-7     96 – 648   880 – 140   98       «
  ВМП – 4     54 – 138   220 - 40   1,5 л.с.       Пневма-тичес-кий
  ВМП - 6     150 – 396   300 - 130   2,8 л.с.       «

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузьмин Е.В., Хайрутдинов М.М., Зенько Д.К. Основы горного дела. М. ООО «Принт+». 2007. 472 стр.

2. Егоров П.В., Бобер Е.А. и др. М. МГГУ. 2006. 408 стр.