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 двухпутную горизонтальную выработку с рельсовым видом транспорта, поэтому в соответствии с Правилами безопасности при геологоразведочных работах, минимальная величина прохода для людей 0,7м, минимальная величина зазора тех. стороны 0,25м и зазор между единицами оборудования 0,2м

Указанная ширина свободного прохода для людей и зазоров должна быть выдержана по высоте выработки не менее 1,8м 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 8,3 до 12,1м² (двухпутные выработки) составляет .

Площадь поперечного сечения в свету – это площадь по внутреннему контуру установленной в выработке крепи и верху балластного слоя (проезжей части). В наше случае сечение в свету равно сечению вчерне.

Расчёты размеров и площади сечения 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 ширину выработки :

b = 2b_о + m + n + с_в =2*1,0 + 0,7 + 0,35 +0,2= 3,25м

b_n = 1,0м – ширина подвижного состава

m- ширина свободного прохода для людей;

n = 0,25+0,1=0,35м- зазор между оборудованием и боком выработки, с учетом противопожарного става.

Определим необходимую высоту выработки по боку (до пяты свода)  

, где

 - минимальная высота свободного прохода шириной 0,7м;

 - высота настила из досок (высота трапа).

Определим полную высоту выработки в свету:

м

где h_с – высота свода.

Проверяется, будет ли при рассчитанном значении высоты h обеспечена возможность работы у забоя погрузочной машины ковшового типа.

Минимальная высота выработки в свету h_min:

h_min = h_м + h_к + h_вр.р. = 2,35 + 0,2 + 0,1 = 2,65м

где h_м – максимальная высота машины с поднятым ковшом;

h_к – зазор между кровлей и ковшом в верхнем его положении;

h_вр.р. – высота временного рельсового пути, оборудуемого для работы машины у забоя; принимается равным 0,1м.

Рассчитанное ранее значение высоты выработки h должно быть не менее h_min. В противном случае высота h принимается равной h_min.

Сечение выработки в свету

S_св = b( h_б + 0,175 b) = 3,25(2,0 + 0,175*3,25) = 8,32м²

Принимаем ближайшее из стандартных сечений ПС-8,3

Ширина – 3450мм

Полная высота – 2650мм

Высота по боку – 1800мм

Радиус осевой дуги – 3120мм

Радиус боковой дуги – 590мм

Сечение выработки в свету – 8,3м²

Площадь поперечного сечения вчерне – это площадь по наружному контуру крепи и почве выработки.

Ширина выработки вчерне:

b_вч = b_св = 3,45м, где

Высота выработки вчерне:

h_вч = h_св + h_к = 2,65 + 0,05 = 2,7м

где h_к – толщина анкерной крепи по кровле, 0,05м

Площадь сечения вчерне:

м²

Расчет прочных размеров крепи

С учетом горно-геологических условий и имеющихся материалов применяем металлическую распорную анкерную крепь АР-1. Анкерная крепь АР-1 состоит из штанги со вставленным в прорезь и заваренным в ней клином , двух полумуфт, опорной плиты и натяжной гайки. Применяется в породах с крепостью более f=12.

Все расчеты прочности закрепления в шпуре анкерной крепи произведены по формулам из справочника «Теория и практика применения анкерной крепи» Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981г.

где,

ц – угол трения пород, 30град

D – диаметр распорной муфты, 32см

h – высота распорной муфты, 30см

у_сж – предел прочности породы на сжатие

б – половина угла симметричного клина, 2град

р₁ – угол трения стали по стали,0,2град

Необходимая длина анкер L_а в кровле и высота возможного вывала пород выработки находится из выражений:

L_а = b+ L₂ + L₃=0,1+0,35+0,05=0,5м;

м

где L₂ – величина заглубления анкеров за контур возможного вывала пород (принимается равной 0,35м); L₃ - длина анкера, выступающего за контур выработки, L_к = 0,05м; а_n = полупролет выработки в проходке, м; h – высота выработки в проходке, м.

- коэффициент, характеризующий устойчивость боков выработки;

 - коэффициент, характеризующий наклон призмы сползания в боках выработки (принимается по Таблице 12.1. Теория и практика применения анкерной крепи. Автор А.П.Широков. Москва «Недра» 1981 г); ц^б – угол внутреннего трения (сопротивления) пород в боках выработки; К^к – коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в кровле выработки (принимается по Таблице 13.1); f^к – коэффициент крепости пород в кровле выработок; К_сж – коэффициент концентрации сжимающих напряжений на контуре выработки, значение которого принимается по табл. 12.2; г – средний удельный вес толщ пород, залегающих над выработкой до поверхности, МН/м³; Н – глубина выработки от поверхности, м; К^б – коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в боках выработки, значение которого принимается по Табл.12.1

Принимаем длину анкера в кровле L_к = 0,5м.

В связи с тем, что ш < 0, анкерование боков выработки не производится

Площадь кровли, поддерживаемая одним анкером,

м²

где F_к – площадь кровли, поддерживаемая одним анкером, м²; Р_к – прочность закрепления анкера в шпуре, пробуренном в кровле;  – коэффициент запаса, учитывающий неравномерность распределения загрузки на анкер и возможность пригрузки со стороны вышележащих слоев, принимается равным 4,5; б – угол наклона выработки, градус 0⁰

Расстояние между анкерами в ряду: м

 где L_n – шаг установки анкеров по ширине выработки, м;

L_у – расстояние между рядами анкеров, м, принимается 1,5м

Число анкеров в ряду:  

где L_b=1,33×b=1,33×3,25=4,32м – часть периметра выработки, которая подлежит анкерованию по кровле, м. Где b – ширина выработки вчерне.

Принимается 3 анкера в ряду.

На основании полученных данных составляется 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.