Решение задачи: Выбор материала крепи по устойчивости пород

Практическая работа № 3 Тема: Выбор материала крепи по показателям устойчивости пород кровли и боков выработки Цель работы: Приобретение навыков в выборе материала крепи по показателям устойчивости пород. Исходные данные: Наименование пород: Алевролиты песчано-глинистые. Плотность пород \( \rho = 2,15 \) т/м\(^3\). Коэффициент Пуассона \( \mu = 0,24 \). Глубина заложения \( H = 220 \) м. Проведение выработки: по простиранию. Предел прочности породы на сжатие для данного типа пород (справочно) \( R_c \approx 30 \) МПа (3000 т/м\(^2\)). Решение: 1. Расчет безразмерного параметра устойчивости \( \Pi_y \). Параметр устойчивости определяется как отношение расчетного сопротивления породы к действующему напряжению: \[ \Pi_y = \frac{R_c}{\gamma \cdot H} \] Где \( \gamma \) — удельный вес породы. При \( \rho = 2,15 \) т/м\(^3\), \( \gamma \approx 2,15 \) т/м\(^3\). \[ \Pi_y = \frac{3000}{2,15 \cdot 220} \approx \frac{3000}{473} \approx 6,34 \] 2. Предварительный выбор материала крепи. Так как \( \Pi_y > 5 \), породы относятся к категории устойчивых. Для таких условий в отечественной горной практике (согласно российским нормативам и опыту эксплуатации шахт Донбасса и Кузбасса) рекомендуется использование анкерной крепи или набрызг-бетона. При проведении по простиранию в данных породах наиболее экономически целесообразна сталеполимерная анкерная крепь. 3. Проверочный расчет запаса прочности для боков \( n_b \) и кровли \( n_k \). Действующее вертикальное напряжение: \[ \sigma_z = \gamma \cdot H = 2,15 \cdot 220 = 473 \text{ т/м}^2 \approx 4,73 \text{ МПа} \] Горизонтальное напряжение (боковое давление): \[ \sigma_x = \lambda \cdot \sigma_z \] Где \( \lambda = \frac{\mu}{1 - \mu} \) — коэффициент бокового распора. \[ \lambda = \frac{0,24}{1 - 0,24} = \frac{0,24}{0,76} \approx 0,316 \] \[ \sigma_x = 0,316 \cdot 4,73 \approx 1,49 \text{ МПа} \] Коэффициент запаса прочности для кровли: \[ n_k = \frac{R_c}{\sigma_z} = \frac{30}{4,73} \approx 6,34 \] Коэффициент запаса прочности для боков: \[ n_b = \frac{R_c}{\sigma_x} = \frac{30}{1,49} \approx 20,1 \] 4. Энергетический коэффициент запаса прочности \( n_e \). Данный коэффициент учитывает совокупное влияние напряженного состояния. В упрощенном виде для устойчивых массивов: \[ n_e = \sqrt{n_k \cdot n_b} = \sqrt{6,34 \cdot 20,1} \approx \sqrt{127,4} \approx 11,28 \] Вывод: На основании проведенных расчетов установлено, что массив пород (алевролиты) на глубине 220 м обладает высокой степенью устойчивости (\( \Pi_y = 6,34 \)). Коэффициенты запаса прочности значительно превышают единицу. Для обеспечения безопасности горных работ и эффективного импортозамещения в горнодобывающей отрасли России, выбираем комбинированную крепь: анкерную с металлической сеткой. Данный выбор соответствует современным стандартам промышленной безопасности РФ.