Форму поперечного сечения выработки выбирают в зависимости от свойств горных пород, величины горного давления и его проявления, типа и конструкции крепи, назначения и срока службы выработки, а также способа её проведения. При выборе формы поперечного сечения горной выработки необходимо руководствоваться следующими основными технико-экономическими требованиями: высокая устойчивость формы при воздействии на неё горного давления, максимум полезной площади сечения, экономичность и удобство эксплуатации. Необходимыми исходными данными для оценки устойчивости контура поперечного сечения являются:

f=16- коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову;

р=2500 кг/куб.м- плотность вышележащей толщи пород;

Н=300- глубина заложения выработки;

m=0,2- коэффициент Пуассона.

До проведения выработки породный массив находится в равновесном силовом состоянии. При проведении выработки равновесное состояние массива горных пород нарушается, поэтому необходимо рассчитать, прочностную характеристику горной породы.

Ориентировочно определяется прочностная характеристика горной породы – предел прочности на одноосное сжатие горных пород по которым производится выработка:

s_СЖ = f*10⁷ = 16*10⁷

Вычисляется показатель устойчивости контура горной выработки:

П_У = (р*g*Н)/ s_СЖ =(2500*9,81*300)/(16*10⁷) = 0,045

По значению показателя устойчивости выбирается материал для крепления:

,

Это означает, что выработка может проходиться без крепления, но окончательно этот вопрос может быть решён лишь после определения коэффициентов запаса устойчивости в боках и кровле выработки.

Для боков проектируемой горизонтальной выработки запас прочности рассчитаем по формуле:

n_б = (s_СЖ* К_С *К_∞)/ (р*g*Н*К₁) = (16*10⁷*0,8*1,0)/(2500*9,81*300*2,7) = 6,5

s_СЖ - предел прочности горных пород на одноосное сжатие;

К_С- коэффициент структурного ослабления пород, зависящий от степени трещиноватости;

К_∞- коэффициент длительной прочности, учитывающий уменьшение прочности пород во времени.

К₁- коэффициент концентрации напряжений в боках выработки.

Оценка запаса прочности пород в кровле выработки (причём на этом этапе оценок кровля выработки принимается плоской):

n_б = (s_СЖ* К_р *К_С *К_∞)/ (р*g*Н*К₂*λ) = (16*10⁷*0,1*0,8*1,0)/(2500*9,81*300*1*0,25) = 7

 - предел прочности массива пород на одноосное растяжение;

- растягивающее напряжение, действующее по кровле в наиболее опасном сечении (середина пролета выработки);

К_р- коэффициент, учитывающий соотношение между пределами прочности породы на растяжение и сжатие;

 - коэффициент концентрации напряжений в плоской кровле;

 - коэффициент бокового давления (горизонтального распора) рассчитывается по значению коэффициента Пуассона:

λ = μ/ (1 – μ) = 0,2/(1-0,2) = 0,25

По расчётной оценке запаса прочности и принимаем прямоугольно-сводчатое сечение проектируемой выработки.

Вывод: проектируемая выработка проходится без крепления прямоугольно-сводчатой формой поперечного сечения.

3. Расчёт сечения выработки в свету:

Размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок в свету зависят от её назначения и определяются, исходя из габаритов подвижного состава и располагаемого в выработке оборудования, обеспечение пропуска требуемого количества воздуха, зазоров между выступающими частями подвижного состава и крепью, предусмотренные Правилами безопасности, числа прокладываемых в выработке рельсовых путей и способа передвижения людей.

В нашем случае мы проектируем горизонтальную выработку с рельсовым видом транспорта, поэтому в соответствии с Правилами безопасности при геологоразведочных работах, минимальная величина прохода 0,7 м, а минимальная величина зазора 0,25 метров.

Указанная ширина свободного прохода для людей и зазоров должна быть выдержана по высоте выработки не менее 1,8 м от почвы (тротуара). Проходы для людей на всём протяжении выработок должны устраиваться с одной и той же стороны.

Прямоугольно-сводчатые сечения используются при проходке выработок без крепи или с возведением облегчённых конструкций крепи. Высота свода в сечениях от 2 до 6,8 м² (однопутные выработки) составляет .

Площадь поперечного сечения в свету – это площадь по внутреннему контуру установленной в выработке крепи и верху балластного слоя (проезжей части).

Расчёты размеров и площади сечения в свету горизонтальной выработки с использованием рельсового вида транспорта при прямоугольно-сводчатой форме сечения выполняются по следующей схеме:

Рассчитаем расстояние от почвы до головки рельса:

, где

 - толщина балластного слоя под шпалой;

 - толщина шпалы;

 - высота рельсов марки Р – 24.

Рассчитаем расстояние от почвы до уровня пешеходного трапа:

Рассчитаем высоту вертикальной стенки выработки (в свету):

 - высота погрузочной машины ППН – 2 в транспортном положении;

 - ориентировочный диаметр вентиляционных труб.

Вентиляционные трубы подвешиваются к стенкам или кровле выработок обычно со стороны, противоположной пешеходному трапу с таким расчётом, чтобы расстояние от них до наиболее выступающей части подвижного состава было не менее 200 мм. В нашем случае вентиляционные трубы подвешиваются на спряжении свода выработки с вертикальной стенкой.

, что соответствует требованиям правил безопасности.

Рассчитаем ширину выработки :

b_min = b_n + m^k + n^k =1,32 + 0,7 + 0,43 = 2,45м, где

b_n = 1320мм = 1,32м- ширина ППН-2;

- ширина свободного прохода для людей;

n^к = 0,25+0,18=0,43м- зазор между оборудованием и боком выработки, с учетом става воды и воздуха.

Определим необходимую высоту выработки по боку (до пяты свода)  и полную высоту выработки :

, где

 - минимальная высота свободного прохода шириной 0,7 м;

 - высота настила из досок (высота трапа).

Высота погрузмашины с поднятым ковшом .

Минимальная высота выработки в свету :  ,  - расстояние от почвы до уровня пешеходного трапа;

 - высота вертикальной стенки выработки;

 - высота свода;

 - высота рельсов марки Р – 24.

Учитывая, что в призабойном пространстве временные рельсовые пути укладываются без балластного слоя на металлических быстросъёмных шпалах диаметром 50 мм, расстояние от головки рельса до кровли составит:

Теперь рассчитаем площадь сечения в свету:

Для однопутной выработки:

По рассчитанной площади сечения в свету далее следует принять ближайшее большее из стандартных сечений (ГОСТ 22940-85) и по его размерам с учётом размеров крепи определить проектную площадь сечения выработки (площадь вчерне).

Принимаем типоразмер сечения ПС – 6,8:

Характеристика выработки:

Для сохранения регламентированных зазоров Правилами безопасности в течение срока службы выработки размеры сечения в свету должны быть приняты с запасом на величину ожидаемых смещений пород и крепи вследствие проявлений горного давления. Ширину выработок также увеличивают на криволинейных участках.

Площадь поперечного сечения вчерне – это площадь по наружному контуру крепи и почве выработки. Площадь поперечного сечения вчерне мы принимаем равным площади поперечного сечения в свету, так как выработка прямоугольно-сводчатой формы, не требующая возведение крепи. Итак : .

Рис. Типовое сечение однопутной прямоугольно-сводчатой формой с локомотивной откаткой породы

Далее полученные данные вносятся в паспорт крепления разведочной выработки, который наряду с другими важнейшими документами, является документом в соответствии с которым осуществляется проходка выработки. Он содержит все необходимые сведения о конструкции крепи и материалах, из которых она изготавливается, способе её возведения и оборудовании, которое при этом применяется.