МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ АРКТИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВО «МАГУ»)

Филиал в г. Кировске

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

МДК 01.06 Горное давление

программы подготовки специалистов среднего звена

базовой подготовки

по специальности

21.02.17 Подземная разработка месторождений полезных

ископаемых

очной формы обучения

Утверждено на

заседании цикловой

комиссии горных и

общепрофессиональн

ых дисциплин

Протокол №

от ____. ______. 2022

г.

Председатель ЦК

Коста Л.А.

Составитель::

Преподаватель

Ширинская С.В.

2

.СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение

3-4

Практическая работа № 1. Решение задач по расчету горного давления в горных

выработках

5-7

Практическая работа № 2. Построение временных предохранительных целиков

под охраняемые объекты

8-9

Практическая работа № 3. Решение задач по определению толщины

предохранительной породной (рудной) подушки

10-11

Приложение 1

12

Приложение 2

13

Приложение 3

14

Заключение

15

Литература

15

3

Введение

1.

Краткая характеристика МДК, его цели и задачи

МДК.01.06 Горное давление

является частью ПМ.01 Ведение технологических

процессов горных и взрывных работ

специальности 21.02.17 Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых. Содержание рабочей программы модуля согласовано с

требованиями

Федерального

государственного

образовательного

стандарта

(ФГОС),

утвержденного приказом Минобрнауки России от 12 мая 2014 года № 495.

МДК.01.06 Горное давление в соответствии с учебным планом изучается в 9 семестре

пятого курса.

Входящий в МДК.01.06 материал, соответствует следующим профессиональным

компетенциям:

ПК 1.1.

Оформлять техническую документацию на ведение горных и взрывных работ.

ПК 1.2.

Организовывать и контролировать ведение технологических процессов на участке в

соответствии с технической и нормативной документацией.

ПК 1.4.

Контролировать ведение работ по обслуживанию вспомогательных технологических

процессов.

Цель практических занятий – умение использовать методы вычисления и расчета при

производстве подземных горных работ выполняемых на горном предприятии.

Задача

–

выполнение

практических

расчетов,

необходимых

для

закрепления

теоретических знаний по МДК.01.06.

Выполнение практических работ поможет студентам освоить обязательный минимум

содержания дисциплины.

2. Организация и порядок проведения практических работ

Практические работы проводятся после изучения теоретического материала в учебном

кабинете

(для

студентов,

обучающихся

по

индивидуальному

графику

возможно

использование учебного материала, расположенного на сайте 4portfolio). Обучающиеся должны

иметь методические указания

по выполнению практических работ, конспекты лекций,

средство для вычислений.

3. Техника безопасности при выполнении практических работ

При работе в учебном кабинете запрещается:

−

находиться в кабинете в отсутствии преподавателя и на перемене;

−

вставать

со

своего

места

и

ходить

по

кабинету

без

разрешения

преподавателя;

−

размещать на рабочем месте посторонние предметы.

Обучающийся обязан:

−

спокойно, не торопясь, не задевая столы, входить в кабинет и занять отведенное ему

место,

−

во время перемены покинуть кабинет,

−

работать на одном, закрепленном за ним месте,

−

приступать к работе по указанию преподавателя,

−

по окончанию работы сдать выданные материалы преподавателю,

−

привести свое рабочее место в порядок.

4. Общие указания по выполнению практических работ

Обучающийся должен выполнить задание по варианту, номер которого укажет

преподаватель.

При выполнении практических работ надо придерживаться следующих правил:

1. Практическую работу следует выполнять в тетради чернилами черного или синего цвета,

оставляя поля.

2. На обложке тетради должны быть ясно написаны фамилия обучающегося, его инициалы,

4

номер специальности, название дисциплины.

3. В заголовке работы должны быть указаны номер практической работы, тема практической

работы, номер варианта.

4. В работу должны быть включены задания, указанные в практической работе, строго по

предложенному варианту.

5. Перед выполнением задания надо выписать полностью его условие и исходные данные.

6. Выполняемые расчеты следует излагать подробно и аккуратно, объясняя и мотивируя все

действия по ходу выполнения работы.

7. После получения проверенной работы, студент должен исправить все отмеченные ошибки.

5. Основные требования к обработке результатов расчетов и оформлению

практической работы

Практическую работу следует выполнять в тетради формата А4 чернилами черного или

синего цвета, таблицы и рисунки – карандашом. Каждый лист должен быть оформлен рамкой и

микроштампом. Листы должны быть пронумерованы.

Практическая работа должна содержать:

1.

Номер и тему практической работы, номер варианта.

2.

Условие задания и исходные данные.

3.

Описание выполненных расчетов.

4.

Вывод по результатам расчетов.

Критериями оценки результатов работы студентов являются:

−

уровень усвоения студентом учебного материала;

−

умение студента использовать теоретические знания при выполнении практических

задач;

−

сформированность ключевых (общепрофессиональных) компетенций;

−

обоснованность и четкость изложения материала;

−

уровень оформления работы.

6. Анализ результатов.

Если практическая работа выполнена в полном объеме и правильно оформлена, то

ставится оценка «5».

Если практическая работа выполнена более чем на 75%, ставится оценка «4».

Если практическая работа выполнена более чем на 60%, ставится оценка «3».

В противном случае работа не засчитывается.

7. Дидактический материал для выполнения практической

работы:

− методические указания для выполнения практических работ,

− тетрадь для практических работ,

− конспект лекций,

− калькулятор

5

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Тема: Решение задач по расчету горного давления в горных выработках

Цель работы: Умение производить расчет горного давления в подземных горных

выработках

Краткое изложение темы

Устойчивость горной выработки – способность ее сохранять заданные ей размеры и

форму в течение всего срока эксплуатации. При проведении выработки равновесное состояние

массива

горных

пород

нарушается,

поскольку

изменяется

первоначальный

характер

распределения напряжений в массиве: появляются области пониженных напряжений ( в кровле

и почве выработки ) и области повышенных напряжений (в боках) по сравнению с

существовавшими в массиве до ее проведения. Изучение горного давления при проведении

горных выработок посвящено много работ ученых. Наиболее ценные труды в этой области

принадлежат русским ученым – проф. М.М. Протодьяконову, проф. П.М. Цимбаревичу, проф.

В.Д. Слесареву, акад. Л.Д. Шевякову. Теория свода естественного равновесия горных пород;

теория веса столба; теория определения величины горного давления в зависимости от кривой

давления; методы определения величины горного давления на рудные целики, что позволяют

определять

величину

горного

давления

в

горизонтальных,

вертикальных,

наклонных

выработках, боковое давление пород, давление на рудные целики. Расчет горного давления

производят с целью определения нагрузок на крепь и расчета ее прочностных размеров.

Последовательность выполнения задания

Для

выполнения практической работы необходимо выбрать формулу одной из

вышеперечисленных теорий, по которой будет производиться расчет горного давления в

задании. Формулы теорий для расчета даны в приложении 1

Задания для практической работы № 1

Вариант № 1

Исходные данные:

Выработка шириной 2а = 4 м, пройдена в породе с объемным весом

γ = 2,5 т/

м³

и

коэффициентом крепости f = 4

Определить величину горного давления по Протодъяконову со стороны кровли и установить

высоту свода (рис.1).

Рис. 1 Свод естественного равновесия

6

Вариант № 2

Исходные данные:

Выработка шириной 2а = 2,5 м проведена на глубине от поверхности Н = 12 м в породах с

коэффициентом крепости f = 2, что соответствует углу трения φ = 40° и объемным весом γ =

1,6 т/

м³

.

Определить величину горного давления по Протодъяконову со стороны кровли (рис.2).

Рис. 2 Давление на крепь по теории веса столба породы

Вариант № 3

Исходные данные:

Выработка шириной 2а = 3,0 м, пройдена на глубине 30 м от поверхности. Породы имеют

коэффициент крепости f = 3 (φ = 50°), объемный вес пород γ = 1,8 т/

м³

.

Определить по Слесареву величину горного давления на выработку

Вариант № 4

Исходные данные:

Пройдена выработка шириной 2а = 4,0 м и высотой h = 2,5 м. Объемный вес пород γ = 2,0 т/

м³

,

коэффициент крепости f = 4 (угол внутреннего трения φ = 64°).

Определить величину бокового давления по Протодъяконову.

Вариант № 5

Исходные данные:

Вертикальная шахта глубиной Н = 100 м пройдена в однородных породах с коэффициентом

крепости f = 4 и объемным весом γ = 2,0 т/м³.

Найти величину горного давления по Протодъяконову (рис.3).

7

Рис. 3 Давление на стенки шахты

Вариант № 6

Исходные данные:

Глубина расположения целиков под земной поверхностью Н = 100 м; высота целиков h = 3,0 м;

объемный вес пород γ1= 2,2 т/

м³

и руды γ2 = 2,5 т/м3; запас прочности n = 2,0; временное

сопротивление пород R = 500 кг/см².

Определить размеры квадратных целиков, если А = 20 м по Шевякову (рис.4)

Вариант № 7

Исходные данные:

Глубина расположения целиков под земной поверхностью Н = 100 м; высота целиков h = 3,0 м;

объемный вес пород γ1= 2,2 т/

м³

и руды γ2 = 2,5 т/

м³

; запас прочности n = 2,0; временное

сопротивление пород R = 500 кг/см

²

. Определить размеры целиков прямоугольной формы, если

А = 15 м и L = 8 м по Шевякову (рис.4).

Рис. 4 Расчет размеров целиков

Вариант № 8

Исходные данные:

Пройдены две шахты: подъемная и вентиляционная (диаметром 7 м и 4,5 м) на глубину Н = 150

м. Пересекаемые шахтами породы однородные с коэффициентом горизонтального распора

А = 0,035 и объемным весом γ = 2,8 т/м³.

Определить величину горного давления для каждой шахты по Цимбаревичу (рис.5).

8

Рис. 5 Эпюра напряжений

Форма контроля знаний: проверка вычислений, индивидуальный устный опрос

Примерные контрольные вопросы для устного опроса по выполненной работе:

1.

Кому из ученых принадлежит теория веса столба?

2.

Кто из ученых является автором теории свода естественного равновесия?

3.

Устойчивость горной выработки – это ее способность сохранять что?

9

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Тема: Построение временных предохранительных целиков для заданных объектов

Цель

работы:

Умение

строить

временные

предохранительные

целики

под

охраняемые объекты

Краткое изложение темы

Предохранительным целиком называется часть горного массива, расположенная под

охраняемым объектом и предназначенная для его защиты от вредного влияния горных

разработок. Границы предохранительного целика определяются плоскостями, проведенными

под углами сдвижения от границ охраняемой площади. Границы охраняемой площади для

сооружений определяются в плане многоугольником, стороны которого параллельны сторонам

охраняемого объекта и отстоят от него на ширину предохранительной бермы. Ширина

предохранительных берм принимается равной: для I категории охраны – 20 м; для II категории

охраны – 10 м; для III категории охраны – 5 м.

Предохранительные

целики

рассчитывают

по

углам

сдвижения.

Значение

углов

сдвижения для скальных пород и апатит-нефелиновой руды устанавливаются во всех

направлениях

одинаковыми и равными 50°.В окисленной зоне значения углов сдвижения

уменьшаются на 5°.

При построении предохранительного целика для подземной выработки

охраняемая площадка располагается выше кровли

выработки на расстоянии h = 2а, где а -

ширина охраняемой выработки.

Построение предохранительных целиков производится на

разрезах вкрест простирания и

по простиранию (рис.1), а затем переносится на планы горизонтов и подэтажей (рис.2). Когда

необходимость в предохранительном целике отпадает,

рудник обязан отработать в нем

полезное ископаемое, если это

целесообразно по технико-экономическим условиям.

Рис.1 Предохранительный целик на разрезе

Рис.2 Предохранительный целик на плане

10

Последовательность выполнения задания

1.По таблице (приложение 2), определить к какой категории охраны относится охраняемый

объект в вашем варианте.

2.Определить высоту охраняемой площадки по формуле.

3.Построить предохранительный целик в заданном масштабе на разрезе по углам сдвижения

(приложение 3).

4.Построить (перенести с разреза) предохранительный целик на плане.

5.Подписать на чертеже в числовом

выражении: углы сдвижения, высоту охраняемой

площадки, величину бермы

Задания для практической работы № 2

Вариант № 1

Исходные данные:

ТМХШ сечением 5,1*4,5 м² пройден в рудном массиве на отметке +450 м. Между отметками

+420 м и +430 м вскрыта окисленная зона.

Построить на разрезе предохранительный целик под ТМХШ и перенести его границы на план.

Вариант № 2

Исходные данные:

Расположенная на поверхности (отм.+700 м) компрессорная станция имеет сечение 15,0*8,0 м².

На 10 метрах от поверхности проходит слой морены, ниже – порода.

Построить на разрезе предохранительный целик под компрессорную станцию и перенести его

границы на план.

Вариант № 3

Исходные данные:

Верхняя площадка уклона, сечение которого 5,1*4,5 м² расположена на отметке +600 м. Уклон

пройден в пустой породе.

Построить на разрезе между отметками +600 м и 550 м предохранительный целик под уклон и

перенести его границы на план.

Вариант № 4

Исходные данные:

На отметке +600 м пройдена камера опрокидывателя, сечение которой

10,0*7,0 м². Камера расположена в лежачем боку рудного тела.

Построить на разрезе между отметками +600 м и 560 м предохранительный целик под камеру

опрокидывателя и перенести его границы на план.

Форма контроля знаний: проверка вычислений, индивидуальный устный опрос

Примерные контрольные вопросы для устного опроса по выполненной работе:

1.Кто на рудниках может дать разрешение на производство работ в

предохранительном целике?

2.Выработки, предназначенные для обслуживания всего горизонта или его крыла,

проходят в лежачем или висячем боку рудного тела?

3.Как изменяются углы сдвижения в окисленной зоне?

11

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Тема:

Решение задач по определению толщины предохранительной породной

(рудной) подушки

Цель работы: Умение рассчитать предохранительную подушку в случае внезапного

обрушения покрывающих пород

Краткое изложение темы

При применении систем разработки с обрушением,

действующие выработки в

отрабатываемом этаже или подэтаже не

должны иметь прямого контакта с незаполненным

выработанным

пространством.

В соответствии с требованиями правил безопасности эти

выработки

должны быть защищены предохранительной подушкой из

раздробленной горной

массы.

Рис. 1 Расчетная схема к определению толщины предохранительной

подушки при затекании пород

Последовательность выполнения задания

Минимально необходимая толщина предохранительной подушки

определяется из

выражения:

1)

для рудной подушки –

hр.п. min = К / К+1 · Нвп

2)

для породной подушки –

hп.п.min = К / 1+0,25К · Нвп,

где Нв.п. - высота выработанного пространства;

К = К1· К2· Кз· К4· К5, где К1, К2, К3 -

коэффициенты, учитывающие

аэродинамическое сопротивление,

соответственно рудной

(породной) подушки, обрушающихся пород и рудовыпускных

выработок;

К4 - коэффициент,

учитывающий степень изолированности

подземной пустоты;

К5-коэффициент, учитывающий

прочие факторы (неравномерность

толщины подушки и среднего диаметра куска слагающих ее

пород

и т.п.)

Численные значения коэффициентов определяются:

К1 = 3 *

3

√

(

0,01

+

0,003

∗

f

)

∗

dср

, где f-коэффициент крепости породы, обрушенной для

образования подушки; dср-средний диаметр кусков пород, слагающих подушку, м;

средний

диаметр куска отбитой руды принимается dр.ср = 0,35 - 0,4 м,

породы – dп.ср = 0,8 - 1,0 м.

К2 = 0,4; при самообрушении свода над выработанным пространством; в

случае полного

самообрушения пород К2 = 0,9 - 1,0

К3 = 0,01 *

(

Sсекц

/

n

∗

Sв

)

а

+1, где Sсекц - площадь отбитой секции, подлежащая защите

от воздушного удара, м²; n - число

выпускных отверстий по площади секции;

Sв - площадь

выпускного отверстия, м²;

а-коэффициент, учитывающий характер обрушения: а = 1 при

самообрушении свода и а = 1,7 – 2,0 в случае полного

самообрушения.

К4 = 0,8-1,0

К5 = 1,2-1,4

12

Задания для практической работы № 3

Вариант № 1

Исходные данные:

Высота выработанного пространства Нв.п. = 25 м. Высота днища блока

hдн. = 15 м. Площадь секции, которая может быть заполнена покрывающими породами при

затекании в выработанное пространство Sсекц = 70 * 20 = 1400 м². Площадь выпускного

отверстия при скреперной доставке Sв = 3,0

м². Число выпускных отверстий n = 14.

Коэффициент крепости f = 12.

Определить: минимально необходимую толщину предохранительной породной подушки в

случае внезапного обрушения покрывающих пород до поверхности.

Вариант № 2

Исходные данные:

Высота выработанного пространства Нв.п. = 25 м. Высота днища блока

hдн. = 15 м. Площадь секции, которая может быть заполнена покрывающими породами при

затекании в выработанное пространство Sсекц = 70 * 20 = 1400 м². Площадь выпускного

отверстия при вибровыпуске Sв = 5,0 м². Число выпускных отверстий n = 14. Коэффициент

крепости f = 12.

Определить: минимально необходимую толщину предохранительной породной подушки в

случае внезапного обрушения покрывающих пород в пределах свода.

Вариант № 3

Исходные данные:

Высота выработанного пространства Нв.п. = 30 м. Площадь забоя, приходящаяся на один веер,

Sсекц = 48,0 м². Площадь выпускного отверстия при торцевом выпуске Sв = 21,0 м². Число

выпускных отверстий n = 1. Коэффициент крепости f = 12.

Определить: минимально необходимую толщину предохранительной породной подушки.

Форма контроля знаний: проверка вычислений, индивидуальный устный опрос

Примерные контрольные вопросы для устного опроса по выполненной работе:

1. Какими тремя способами может быть образована предохранительная подушка?

2.Опережение очистной выемки на верхнем горизонте или подэтаже должно быть не менее?

3.На рудниках КФ АО «Апатит» предусмотрены меры охраны от сдвижения горных пород от

проходческих и очистных работ? От очистных работ? От проходки горных выработок?

13

Приложение 1

Формулы

Значение

1). Р = 4/3 *

γ

* (а²/f)

2). b = a / f

1). Давление на крепь кровли

выработки

2). Высота свода

1). H = 2а/ [tg²(90°- φ):2 * tg φ]

2). Р =2

γ

* а* H * [1- H/2a * tg²( 90°- φ):2 * tg φ]

1). Предельная глубина ( >12 м)

2). Величина горного давления

1). b = a² / [H * tg² (

π

/4 - φ /2 )]

2). tg α = 2a / [H * tg² (

π

/4 - φ /2)]

3). Р = 4/3 *

γ

* a * b

1). Подъем свода

2). Устойчивость свода α < φ

3). Величина горного давления

D =

γ

/2 * (2b + h ) * h * tg² (90°- φ):2

Величина бокового давления

a=А/

√

{

(

10 R

−

n

∗

h

∗

γ 2

)

:

[

n

∗

(

H – h

)

∗

γ 1

]

}

– 1

Размеры квадратных целиков

a=А/

{¿

10R- n*h*

γ

2

):[n * (H - h)*

γ

1

] * [L: (A+L)]}-1

Размеры прямоугольных целиков

Р =

γ

* H * tg² (90°- φ

0

):2

φ

0

= arctg f

Величина горного давления в шахтах

пройденных в однородных породах

P = A * (γ * H):2 *

3

√

D

+

1

Величина горного давления в шахтах

пройденных в однородных породах

14

Приложение 2

Категория

Охраняемые объекты

I

1. Сооружения основного подъемного комплекса (стволы

скиповых и клетьевых шахт, копры, здания подъемных

машин) 2. Основные вентиляционные шахтные стволы

3. Центральные компрессорные станции

4. Слепые шахты для грузо-людского подъема с камерами

подъемных машин; лифтовые восстающие

5. Железнодорожные тоннели

6. Выработки главного водоотлива

7. Котельные; промцеха с крановым оборудованием

грузоподъемностью свыше 15 т; многоэтажные (4этажа и

более) жилые и производственные здания

II

1.

1. Вспомогательные вентиляционные, грузовые и т.п. стволы шахт с

копрами и подъемными машинами

2.

Капитальные рудоспускные стволы шахт с камерами опрокидов и

аспирации

3.

Вентиляционно-калориферные главного проветривания и

вентиляционные каналы от них до стволов шахт

4.

Капитальные квершлаги, штольни, откаточные штреки, уклоны

между горизонтами

5.

Подземные камеры: мехмастерские, электровозные депо,

электроподстанции, склады ВМ

6.

Рудничные электроподстанции на поверхности на 110 кВт и более

7.

Рудовозные железные дороги нормальной колеи

8.

Естественные и искусственные водоемы и речки, которые

невозможно отвести или спустить

9.

Двух-и трехэтажные адмбыткомбинаты, жилые дома и

общественные здания, цеха с крановым оборудованием до 15 т

III

1. Борта действующих карьеров и выездные автодороги из

них

2. Подъездные рудничные железнодорожные пути

нормальной колеи

3. Подземные камеры участковых понизительных подстанций

и блоковых вентиляторов

4. Кольцевые откаточные орты для обслуживания горизонта

или его части, вентиляционные и вентиляционно-сборочные

выработки для обслуживания всего горизонта или его крыла

15

Приложение 3

Рис. 1 Построение предохранительного целика для объекта

I категории

Рис. 2 Построение предохранительного целика для объекта

II категории

Рис. 3 Построение предохранительного целика для объекта

III категории

16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получив теоретические знания и практические навыки по вопросам горного давления

учащиеся, работая после окончания учебы на производстве, смогут ориентироваться в вопросах

связанных с управлением горным давлением, на участке, горизонте, руднике.

ЛИТЕРАТУРА:

1.

«Указания по управлению обрушением покрывающих пород, охране сооружений и

природных объектов от вредного влияния подземных разработок на рудниках АО «Апатит»,

2002 .

2.

Протасов, Ю.И.Разрушение горных пород / Ю.И. Протасов. - 4-е изд. - М.: Изд-во МГГУ,

2011. – (Физические процессы горного производства. 2.). + [Электронный ресурс: djvu; 15,4

МБ] // С: \ Библиотека \ Электронные учебники \ Техника.

3.

Казикаев, Д.М. Геомеханика подземной разработки руд : учебник для ВУЗов (гриф МО РФ) /

Д.М. Казикаев. - 2-е изд. - М. : Изд-во МГГУ, 2011. - (Горное образование).

4.

Баклашов, И.В. Геомеханика : учебник для вузов (гриф МО РФ) : в 2-х т. Т.1 : Основы

геомеханики; Т.2 :Геомеханические процессы / И.В. Баклашов. – М. : МГГУ, 2014. –

(Высшее горное образование).