_________

1 Категория устойчивости скального грунта—по приведенной ниже методике.

2 Устойчивый—с допустимым временем стояния неукрепленной выработки более 1 мес.; неустойчивый—менее 1 мес.

р—тип крепи, рекомендуемый к применению; д—то же допускаемый к применению; н—то же не рекомендуемый к применению; с—массив сухой или влажный; в—то же существенно обводненный.

Методика оценки устойчивости неподкрепленной выработки в скальном массиве

Методика позволяет получать относительные оценки устойчивости, которые подлежат корректировке по результатам наблюдений за состоянием выработки при проходке и креплении.

Методика определяет зависимость предельного (допустимого) времени tпр, сут, снабжения пород в зависимости от характеристической прочности S, МПа, массива в виде

tпр = KS,

где К—коэффициент ответственности прогноза, сут/МПа, K=20 сут/МПа??для нормального прогноза; 10 сут/МПа—для особо ответственного прогноза.

Характеристическую прочность грунта “в массиве” находят по формуле:

S=1,07 Rc k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7

где 1,07—нормирующий множитель; Rc—временное сопротивление образца грунта одноосному сжатию (прочность “в куске”), МПа; k1 . . . k7—безразмерные коэффициенты (нормированные к 1), обеспечивающие переход от прочности грунта “в куске” к прочности “в массиве” приведены ниже.

Учет ориентации выработки по отношению к наиболее развитой (опасной) системе трещин

k1

Ориентация благоприятная (90°—70°) ................1

Ориентация неблагоприятная (70°—20°) ..............0,667

Ориентация крайне неблагоприятная (20°—0°) .........0,5

Учет расчлененности массива трещинами

k2

Одиночные случайные трещины .....................1—0,5

Одна система трещин ..............................0,25

То же и слоистость ................................0,167

Две системы трещин ...............................0,125

То же и слоистость ................................0,083

Три системы трещин ...............................0,056

То же и слоистость ................................0,042

Четыре системы трещин ............................0,033

Раздробленный массив .............................0,025

Учет интенсивности сетки трещин в породах

k3

Нетрещиноватые, n<6 ..............................1—0,90

Слаботрещиноватые, п=6—12 .......................0,95—0,75

Трещиноватые, n=12—25 ...........................0,75—0,5

Сильнотрещиноватые, n=25—60 .....................0,50—0,25

Раздробленные, n>60 ...............................0,25—0,05

п—модуль относительной трещиноватости массива n=B/bt,

где В—пролет выработки, м; bt—среднее расстояние между

трещинами, м.

Учет сопротивления отдельностей смещениям по поверхности трещин

k4

Прерывистые трещины .............................1

Волнистые трещины:

неровные .......................................0,75

ровные .........................................0,50

зеркальные .....................................0,375

Плоские трещины, ровные, заполненные породой...........0,25

Зеркала скольжения................................0,125

Учет ширины раскрытия трещин, мм, без учета их заполнения

k5

До 3 ............................................1

От 3 до 15 .......................................0,5

15 и более .......................................0,25

Учет заполнения трещин в зависимости от заполнителя

k6

При наличии контакта стенок трещин:

песок, упрочненная порода ........................1—0,75

песок, измельченная порода (без глины) ..............0,375

глина ........................................0,25

каолинит, слюда, тальк, графит ....................0,188

При отсутствии контакта стенок трещин:

песчано-глинистый ..............................0,15

глина в зависимости от ширины раскрытия

трещин ......................................0,125—0,0375

Учет степени обводненности выработки

k7

Сухо ............................................1

Влажно ..........................................0,8

Капеж ...........................................0,5

Струи ...........................................0,3

При учете интенсивности сетки трещин следует принимать во внимание, что при взрывной разработке забоя возможно увеличение первоначальной (бытовой) трещиноватости массива вокруг выработки, что можно оценить по эмпирической формуле

где в1—среднее расстояние между трещинами при изыскательских работах; в2—то же после взрывания забоя; R—расстояние от центра заряда до оцениваемой зоны, м; q3—масса тротилового заряда, кг.

Пример 1

S = 1,1 ?? 30 ?? 0,667 ?? 0,042 ?? 0,40 ?? 0,25 ?? 0,5 ?? 0,375 ?? 0,3 = 0,0052 МПа;

tпр = 20 ?? 0,0052 = 0,104 сут = 2,52 ч.

Порода весьма неустойчива, пересчитываем, принимая значение К для условий повышенной опасности:

ч.

Вывод: Обнажение может обрушиться почти сразу вслед за разработкой (наиболее сильное влияние k2 = 0,042).

Пример 2. В условиях примера 1 принимаем решение—омоноличивание массива путем применения химического закрепления грунта.

S = 1,1 ?? 30 ?? 0,667 ?? 0,056 ?? 0,90 ?? 1 ?? 1 ?? 0,75 ?? 0,8 = 0,666 МПа

tпр = 20 ?? 0,666 = 13,3 сут.

Вывод: Химическим закреплением грунта достигается существенное повышение устойчивости выработки.

Допустимое время обнажения увеличилось с 1,26 ч до 13,3 сут. Возможна проходка при условии крепления выработки лишь в отдельных местах.

Категорию устойчивости грунта скального массива определяют в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Характеристическая прочность грунта

Устойчивость массива

“в массиве”, МПа

Категория

Характеристика

tпр, сут.

>9

I

Вполне устойчивый

Практически неограничено

9—1,5

II

Устойчивый

180—30

(6—1 мес.)

1,5—0,35

III

Средней устойчивости

30—7

0,35—0,05

IV

Слабоустойчивый

7—1

<0,05

V

Неустойчивый

1

Приложение 2

Справочное

КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ ПО М. М. ПРОТОДЬЯКОНОВУ

Таблица 1

Грунты

Коэффициент крепости, f

Плотность

??, т/м3

Наиболее крепкие плотные и вязкие кварциты и базальты, исключающие по крепости другие породы

20

2,8—3

Очень крепкие гранитовые породы, кварцевый порфир, очень крепкий гранит, кремнистый сланец; менее крепкие, чем указанные выше, кварциты, самые крепкие песчаники и известняки

15

2,6—2,7

Гранит (плотный) и гранитовые породы, очень крепкие песчаники и известняки, кварцевые рудные жилы, крепкий конгломерат, очень крепкие железные руды

10

2,5—2,6

Известняки (крепкие), некрепкий гранит, крепкие песчаники, крепкий мрамор, доломит, колчеданы

8

2,5

Обыкновенный песчаник, железные руды

6

2,4

Песчанистые сланцы, сланцеватые песчаники

5

2,5

Крепкий глинистый сланец, некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат

4

2,8

Разнообразные сланцы (некрепкие), плотный мергель

3

2,5

Мягкий сланец, мягкий известняк, мел, каменная соль, гипс, мерзлый грунт, антрацит, обыкновенный мергель, разрушенный песчаник, сцементированная галька и хрящ, каменистый грунт

2

2,4

Щебенистый грунт, разрушенный сланец, слежавшиеся галька и щебень, крепкий каменный уголь, отвердевшая глина

1,5

1,8—2

Глина (плотная), средний каменный уголь, крепкий насос, глинистый грунт

1

1,8

Легкая песчанистая глина, лёсс, гравий, мягкий уголь

0,8

1,6

Растительный грунт, торф, легкий суглинок, сырой песок

0,6

1,5

Песок, осыпи, мелкий гравий, насыпной грунт, добытый уголь

0,5

1,7

Плывуны, болотистый грунт, разжиженный лёсс и другие разжиженные грунты

0,3

1,5—1,8

Таблица 2

Трещиноватость скального массива по классификации межведомственной комиссии по взрывному делу

Категория трещиноватости

Степень трещиноватости (блочности) массива

Среднее расстояние между

Удельная трещиноватость, м

Содержание, %, в массиве отдельностей, мм

трещинами, м

300

700

1000

I

Чрезвычайно трещиноватый (мелкоблочный)

До 0,1

10

До 10

0

Нет

II

Сильнотрещиноватый (среднеблочный)

0,1—0,5

2—10

10—70

До 30

До 5

III

Среднетрещиноватый (крупноблочный)

0,5—1

1-2

70—100

30—80

5—40

IV

Мелкотрещиноватый (весьма крупноблочный)

1,0—1,5

1,0—0,65

100

80—100

40??100

V

Практически монолитный

Свыше 1,5

0,65

100

100

100

Приложение 3

Рекомендуемое

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ КОНТУРНОГО ВЗРЫВАНИЯ И УСТРАНЕНИЯ СВЕРХНОРМАТИВНОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПОРОДЫ ПРИ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ

Расчет параметров контурного взрывания

Контурным взрыванием при проходке тоннелей и других горных выработок решается две задачи:

обеспечение максимального соответствия фактической площади сечения тоннеля проектной (снижение переборов) для снижения расходов бетона на возведение крепи;

снижение нарушений (трещиноватости и шероховатости) в приконтурной части массива для повышения его несущей способности.

Основные требования при производстве контурного взрывания:

вынос проектной линии контура на “грудь” забоя;

расположение контурных шпуров на проектной линии, а их бурение производить с минимальным (постоянным) углом наклона к продольной оси тоннеля;

заряжание шпуров специальными зарядами из низкоэнергетических типов ВВ с отношением диаметра шпура к диаметру заряда не менее 2;

одновременное инициирование зарядов в контурных шпурах;

обеспечение контроля за состоянием поверхности контура тоннеля и оперативное изменение режимов БВР при изменении горно-геологических условий.

Применяют два вида контурного взрывания—предварительное щелеобразование и последующее оконтуривание (метод контурной отбойки). В их основу положен метод сближенных зарядов, при котором расстояние между контурными шпурами не превышает 0,3—0,5 м. Низкоэнергетические заряды должны при этом обеспечивать разрушение массива между шпурами.

Для уменьшения объема буровых работ при применении контурного взрывания рекомендуется в скальных массивах с категорией трещиноватости 2—5 применять контурное взрывание на основе шпуров с надрезами, а в массивах с меньшей категорией трещиноватости—метод сближенных зарядов.

Наилучшие результаты от контурного взрывания достигаются при выполнении условия

(1)

где а—расстояние между шпурами, м, В—линия наименьшего сопротивления (л.н.с.), м.

Удельный расход ВВ при контурном взрываний определяется из условия разрушения объема грунта взрывом заряда контурных шпуров и соответствует нормам, установленным СНиП IV-2—82, сб. 29 “Тоннели и метрополитены”.

При взрываний методом сближенных зарядов расчет параметров БВР следует выполнять в соответствии с “Рекомендациями по производству БВР с применением механизированного заряжания и гидрозабойки при проходке транспортных тоннелей”, М., ЦНИИС, 1980.

При применении технологии контурного взрывания на основе шпуров с надрезами удельный расход ВВ q определяют по формуле:

(2)

где q0—удельный расход ВВ для заданных условий проходки, кг/м3, определяемый или по существующим формулам, или по СНиП IV-2—82, сб. 29 “Тоннели и метрополитены”, Кэ—коэффициент снижения энергоемкости разрушения, определяемый из условия:

Кэ = 0,8335 + 0,0336f—0,0015f2—0,1014H + 0,0037H2 + 0,0018Hf, (3)

где f—коэффициент крепости породы по М. М. Протодьяконову (см. приложение 2); Н—средняя глубина надреза, мм.

Последовательность расчета паспорта БВР при контурном взрываний на основе шпуров с надрезами (метод последующего оконтуривания) следующая:

1. Определяют удельный расход ВВ для заданных условий проходки тоннеля по СНиП IV-2—82, сб. 29 “Тоннели и метрополитены”.

2. Определяют по формуле (3) значение коэффициента Кэ, а по формуле (2)—удельный расход ВВ для шпуров с надрезами.

3. Задаются расстоянием а между контурными шпурами и из условия (1) определяют л.н.с.

4. Находят общую массу Q заряда для контурных шпуров по формуле

(4)

где l—глубина шпуров, м; П—периметр поперечного сечения тоннеля (кроме подошвы), м.

5. Определяют число контурных шпуров Nк по формуле:

шт.(5)

6. Находят массу шпуров заряда ВВ по формуле

кг.(6)

7. Проводят уточненный расчет расстояния aк между контурными шпурами по формуле