Projekt głębienia szybu metodą zwykłą

Szyb o średnicy nominalnej D = 6,0 + 0,5·x = 7,0 m

x = 0,1· n

n = 20

n - nr studenta w grupie, średnicę szybu zaokrąglić w górę do 0,5 m ma być zgłębiony w następujących warstwach

Nr warstwy	Rodzaj skały	Grub. warstwy hi [m]	Ciężar właściwy szkieletu miner. γsi^(n) [MN/m^3]	Ciężar objętościowy skały γni^(n) [MN/m^3]	Porowatość skały ni	Kąt tarcia wewn. Φ^'(n) [...˚]	Wytrzym. na ścisk. Rcs^(n) [MPa]	Kąt upadu [...˚]
1	Piaski różnoziarniste	22	0,0265	0,0200	42	37		12
2	Ił pylasty niezawodniony	12	0,0270	0,0170	52	22		34
3	Piaski różnoziarniste zawodnione	22	0,0265	0,0200	42	37		34
4	Ił pylasty zawodniony z laminami pyłu	102	0,0270	0,0170	52	22		34
5	Mułowiec	72	0,0285	0,0270	12	28	45	37
6	Piaskowiec średnioziarnisty zawodniony	102	0,0265	0,0250	12	35	40	37
7	Mułkowiec	52	0,0270	0,0250	12	30	50	37
8	Węgiel	1,0	0,153	0,0130	17	26	12	37
9	Piaskowiec drobnoziarnisty niezawodniony	102	0,0265	0,0250	12	35	60	37

W profilu warstw zalegają dwa poziomy wodonośne :

o wodach swobodnych od głębokości 12m do spągu pierwszej warstwy,

o wodach naporowych w warstwie trzeciej, czwartej i piątej o zwierciadle ustalonym na głębokości 25m.

o wodach swobodnych w warstwie szóstej poziom nawiercony = poziom ustalony poziom stropu warstwy szóstej

Projektowana technologia głębienia:

w warstwach nadkładowych - z zastosowaniem metody zamrażania górotworu i obudowy wodo szczelnej,

w warstwach karbońskich - metodą zwykłą z zastosowaniem obudowy betonowej

Przewidywany dopływ wody do szybu w warstwach karbońskich:

-q=0,2 [m³/min].

W szybie przewiduje się wlot do podszybia na głębokości od 423m (strop wlotu ) do 451m(spąg wlotu).

Zbrojenie będzie mocowane do obudowy przy użyciu kotwienia

Szczegółowy tok obliczeń projektowych.

1. Obliczanie obciążeń obudowy szybu.

Obciążenia należy przeprowadzić zgodnie z PN-G-05016 i zestawić w tabeli.

Kolumny 1-8 należy wypełnić zamieszczając w nich dane wyjściowe do projektu.

Kolumnę 9 należy wypełnić tylko dla warstw zawodnionych (w przypadku warstw niezawodnionych należy postawić kreskę) obliczając wg wzoru:

γ_i^*(n)=(γ_si⁽ⁿ⁾-γ_w) (1-n_si)

w którym:

γ_i^*(n) -charakterystyczna wartość ciężaru objętościowego skały w i-tej warstwie z uwzględnieniem siły wyporu wody,MN/m³,

γ_si⁽ⁿ⁾ -charakterystyczna wartość ciężaru właściwego szkieletu mineralnego skały w i-tej warstwie,MN/m³,

γ_w -ciężar właściwy wody,MN/m³, (γ_w=0,0098 MN/m³),

n_si -porowatość skały w i-tej warstwie.

Kolumny 10 i 11 dotyczą jedynie stropu poziomów wodonośnych o ciśnieniu piezometrycznym: w kolumnie 10 umieszcza się wysokość słupa wody H_w w otworze badawczym ponad strop poziomu wodonośnego , a w kolumnie 11- wartość iloczynu γ_wH_w.

W przypadku poziomu wodonośnego o zwierciadle swobodnym należy przyjąć:H_w=γ_wH_w=0.Wartość H_w należy ustalać , uwzględniając ewentualny spadek ciśnienia wody na skutek drenażu lub uszczelniania górotworu .

W kolumnie 12 należy umieścić wartość iloczynu częściowego γ_ni⁽ⁿ⁾h_i , przy czym γ_ni⁽ⁿ⁾ wg kol. 8,

h_i - wg kol. 5.

Kolumnę 13 należy wypełnić dla warstw zawodnionych, umieszczając w niej wartość iloczynu γ_i^*(n)h_i ,przy czym γ_i^*(n) - wg kol. 9, h_i wg kolumny 5.W przypadku warstw niezawodnionych umieścić kreskę.

W kolumnie 14 należy umieścić sumy iloczynów częściowych γ_ni⁽ⁿ⁾h_i (kol. 12): w górnym wierszu -do stropu warstwy, w dolnym wierszu - do spągu warstwy.

Kolumnę 15 należy wypełnić tylko dla warstw zawodnionych. W przypadku gdy w warstwie znajduje się strop poziomu wodonośnego, w górnym wierszu kolumny należy umieścić liczbę z górnego wiersza kol. 14 (dla tej samej warstwy), pomniejszoną o wartość γ_wH_w (z kol. 11). W przypadku gdy strop poziomu wodonosnego znajduje się powyżej warstwy , w górnym wierszu należy umieścić liczbę z dolnego wiersza kol. 15 dla poprzedniej warstwy. W dolnym wierszu należy umieścić liczbę będącą suma liczby z górnego wiersza i wartości γ_i^*(n)h_i (z kol. 13).

W kolumnie 16 należy wpisać iloraz sumy δ_zγ iloczynów częściowych (kol. 14) w spągu warstwy przez głębokość spągu warstwy (kol. 4).

Kolumny 17 i18 zawierają liczby z arkusza danych.

Wartość obliczeniową efektywnego kąta tarcia wewnętrznego (kol. 19) należy obliczyć wg wzoru:

Φ^'(r)=0,8Φ^'(n)

przy czym Φ^'(n) - wg kol.18. Obliczenia należy prowadzić tylko dla skał zwięzłych.

Wartość współczynnika Poissona (kol.20) należy wpisać wg arkusza danych (w przypadku braku danych - dać kreskę).

Wartość współczynnika n _v (kol. 21)należy obliczać wg wzorów:

dla v =
: n _v=1,0

dla v =
: n­ _v=

przy czym v - wg kol.20 (w przypadku braku danych dać kreskę).Obliczenia należy prowadzić tylko dla gruntów nieskalistych (skał luźnych).

Wartości charakterystyczne wytrzymałości skały na ściskanie R_cs⁽ⁿ⁾ (kol.22) i rozciąganie R_rs⁽ⁿ⁾ (kol.23) należy wpisać wg arkusza danych, w przypadku braku danych należy umieścić kreskę.

Wartość współczynnika strukturalnego osłabienia skał w górotworze k_k (kol.24) należy przyjmować w zależności od grubości warstwy:

• dla grubości warstwy mniejszej niż 0,8m, k_k=0,3,

• dla grubości warstwy powyżej 0,8do 1,3m, k_k=0,7,

• dla grubości warstwy powyżej 1,3m. k_k=1,0.

W przypadku skał bardzo spękanych (wg PN-86/B-02480) podane wyżej wartości należy zmniejszyć o 50%, w strefach starych zrobów (strefa pełnego zawału) i strefach zaburzeń tektonicznych należy

przyjmować k_k=0.

Wartość współczynnika koncentracji naprężeń w górotworze k_p (kol.28) należy obliczać wg wzoru:

k_p=k_p1 k_p2 k_p3

Wartość współczynnika k_p1 (kol.25) należy przyjmować:

-w przypadku głębienia szybu z użyciem materiałów wybuchowych k_p1=3,0.

-w przypadku urabiania ociosów metodą kombajnową (nie dotyczy szybów wierconych z użyciem płuczki wiertniczej)lub ręczną k­_p1=2,0.

Wartość współczynnika k_p2 (kol.26)należy przyjmować:

-dla przekrojów szybu w odległości mniejszej niż 2D (D-średnica nominalna szybu) od stropu najbliższego wlotu lub w odległości mniejszej niż D od spągu najbliższego wlotu k_p2=1,5.

-dla pozostałych odcinków szybu k_p2=1,0.

Wartość współczynnika k_p3(kol.27) należy przyjmować:

-w przypadku warstw słabych o łącznej grubości h do 1,5 D zalegających między dwoma warstwami położonymi na głębokości mniejszej od krytycznej (H<H_kr) w zależności od stosunku grubości warstw h do średnicy nominalnej szybu D - wg tab.1,

-gdy nie zachodzi ww. przypadek k_p

Wartość współczynnika k_p3

TABELA nr1.

h/D	kp3
do 0,1	0,50
powyżej 0,1 do 0,2	0,55
powyżej 0,2 do 0,3	0,60
powyżej 0,3 do 0,4	0,65
powyżej 0,4 do 0,6	0,70
powyżej 0,6 do 0,8	0,75
powyżej 0,8 do 1,5	0,80

Głębokość krytyczną H_kr (kol.29) należy obliczać wg wzorów:

-dla skał zwięzłych

H_kr=

-dla skał luźnych

H_kr=

w których:

- R_cs⁽ⁿ⁾ -wg kol.22.

- γ_śr⁽ⁿ⁾ -wg kol.16.

- k_k -wg kol.24.

- k_p -wg kol.28.

- c^,(n) -wg kol.17.

- Ф^'(n) -wg kol.18.

^- n_v -wg kol.21.

Wartość współczynnika obciążenia n_w dla ciśnienia wody (kol.30) należy przyjmować:

-w przypadku całkowitego uszczelnienia górotworu i zamknięcia poziomu wodonośnego n_w=0,1.

-w przypadku ujęcia wody lub pełnego drenażu poziomu wodonośnego n_w=0,1-0,2.

-w przypadku stosowania obudowy betonowej w warstwach wodonośnych o współczynniku filtracji nie większym od współczynnika filtracji obudowy n_w=0,2.

-w przypadku niekontrolowanego rozmrażania szybu głębionego z użyciem metody zamrażania

górotworu n_w=1,1.

-w pozostałych przypadkach n_w=1,0.

Wysokość słupa wody h_w (kol.31) należy przyjąć wg arkusza danych, wpisując w wierszu górnym dla stropu warstwy, w wierszu dolnym -dla spągu warstwy. Wysokości słupa wody h_w nie uwzględniają korekty współczynnikiem n_w.

Ciężar właściwy wody γ_w=0,0098 MN/m³ (kol.32).

Wartość obciążenia obliczeniowego pochodzącego od ciśnienia wody p^w (kol.32)należy określać wg wzoru:

p^w=n_wγ_wh_w

w którym:

-n_w - wg kol.30

_-γ_w - wg kol.32

-h_w - wg kol.31

przy czym w górnym wierszu należy wpisać wartość dla stropu warstwy, w dolnym -dla spągu warstwy.

W przypadku warstwy niezawodnionej w kolumnach 30-33 należy wpisać kreskę.

Jeżeli w warstwie jest spełniona nierówność:

H<H_kr

przy czym:

H -głębokość warstwy (kol.3i4),m

H_kr -głębokość krytyczna (kol.29),m,

należy przyjąć

p^s=0

i wartość tę wpisać w kol.51, wpisując jednocześnie kreski w kol.34-50.

Wartość współczynnika obciążenia n dla nacisku górotworu (kol.37)należy określać wg wzoru:

n=n₁n₂n₃

Wartość współczynnika n₁ (kol.34) należy przyjmować :

-w przypadku, gdy przekrój szybu znajduje się w odległości mniejszej niż 2D od stropu najbliższego wlotu lub w odległości mniejszej niż D od spągu najbliższego wlotu n₁=1,5.

-w przypadku gdy przekrój szybu znajduje się poza ww. odcinkiem szybu n₁=1,0.

Wartość współczynnika n₂ (kol.35) należy przyjmować:

-dla kąta upadu warstw mniejszego niż 30º n₂=1,0.

-dla kąta upadu warstw nie mniejszego niż 30º n₂=1,25.

Wartość współczynnika n₃(kol.36) należy obliczać wg wzoru:

n₃=

w którym D- średnica nominalna szybu.

W przypadku, gdy przekrój szybu znajduje się w skałach nie należących do gruntów skalistych

wg PN-86/B-02480 lub do gruntów nieskalistych mineralnych drobnoziarnistych spoistych (z wyłączeniem mało spoistych ) wg PN-86/B-02480,należy przyjmować n=n₂ i w kolumnie 34 oraz 36 umieścić kreski. Praktycznie przypadek ten zachodzi w gruntach nasypowych, piaskach, pospółkach itp.

Metodę I (kol.38-40) obliczania obciążenia obliczeniowego od nacisku górotworu stosuje się tylko w skałach o R_cs⁽ⁿ⁾ >0 , znajdujących się poniżej głębokości krytycznej (H>H_kr); w pozostałych przypadkach należy w kolumnach 38-40 wpisać kreski. Wartość pozornego kąta tarcia wewnętrznego φ (kol.38) należy obliczać wg wzoru:

φ=arc tg

przy czym:

R_cs⁽ⁿ⁾ - wg kol.22

Wartość współczynnika poziomego rozpierania A (kol.39) należy obliczać wg wzoru:

A=tg²

Wartość obciążenia p₁^s (kol.40) należy obliczać wg wzorów:

-w skałach niezawodnionych

p₁^s=nδ_zγA

-w skałach zawodnionych

p₁^s=nδ^'zγA

przy czym:

n - wg kol.37,

A - wg kol.39,

δ_zγ - wg kol.14

δ^'_zγ - wg kol.15

Obliczenia należy przeprowadzić dla stropu i spągu, wpisując obydwie wartości.

Metodę II(kol.41,42) obliczania obciążenia obliczeniowego od nacisku górotworu można stosować w skałach, w których Φ^'(n) ≥ φ; w pozostałych przypadkach oraz dla skał znajdujących się powyżej głębokości krytycznej

(H<H_kr) należy w kolumnach 41 i 42 wpisać kreski.

Współczynnik poziomego rozpierania A^* należy obliczać wg wzoru:

A^*=tg²

przy czym Φ^'(n) - wg kol.18.

Wartość obciążenia p₂^s (kol.42) należy obliczać wg wzoru:

w skałach niezawodnionych

p₂^s=nγ_śr⁽ⁿ⁾(H-H_kr)A*

w skałach zawodnionych

p₂^s=n(δ^'_zγ-γ_śr⁽ⁿ⁾H_kr)A*

przy czym:

n -wg kol.37

γ_śr⁽ⁿ⁾ -wg kol.16

H_kr -wg kol.29

δ^'_zγ -wg kol.15

A* -wg kol.41

H - głębokość (kol.3 i 4)

Obliczenia należy przeprowadzić dla stropu i spągu warstwy, wpisując w kolumnę 42 obydwie wartości.

Metodę III (kol.43-50) obliczania obciążenia obliczeniowego od nacisku górotworu można stosować, gdy spełnione są następujące warunki:

a) w skałach niezawodnionych

odcinek szybu jest położony poniżej głębokości granicznej (H > H_gr),

część profilu górotworu, w którym jest projektowany odcinek szybu, jest zaliczona do I lub II stopnia zagrożenia wodnego,

stosunek wytrzymałości na ściskanie do wytrzymałości na rozciąganie spełnia warunek

dla v

dla v

b) w skałach zawodnionych wymaga się spełnienia warunków jak dla skał niezawodnionych oraz dodatkowo odporności skały na działanie wody A wg skali Skutty lub r=1 wg GIG.

Gdy warstwa górotworu nie spełnia tych warunków (np. gdy R_cs⁽ⁿ⁾=0 lub H<H_kr) w kolumnach 43-50 należy umieścić kreski.

Głębokość graniczną H_gr należy obliczać wg wzoru:

H_gr=H_kr+55tg

przy czym:

H_kr - wg kol.29,

Φ^'(r) -wg kol.19 .

Kategorię zagrożenia wodnego (kol.44) oraz odporność na działanie wody wg skali Skutty (kol.45)należy wpisać na podstawie arkusza danych .

W kolumnie 46 należy wpisać wartość R_cs⁽ⁿ⁾/R_rs⁽ⁿ⁾.

W przypadku, gdy v ≤ 1/3 obliczamy wartość wrażenia [(1-v)/v(1+v)]² i wpisujemy ją w kol.47, a w kol.48 kreskę.

W przypadku, gdy v ≥ 1/3 obliczamy wartość wyrażenia [2/(1+v)]² i wpisujemy ją w kol.48, a w kol.47 kreskę

Następnie badamy spełnienie nierówności (R_cs⁽ⁿ⁾/R_rs⁽ⁿ⁾ )>[(1-v)/v(1+v)]² dla v ≤ 1/3 i (R_cs⁽ⁿ⁾/R_rs⁽ⁿ⁾) > [2/(1+v)]² dla v ≥ 1/3. W przypadku spełnienia obliczamy wartość p₃^s (kol.49) wg wzoru:

p₃^s= n55γ_śr⁽ⁿ⁾tg

w którym:

n - wg kol.37,

γ_śr⁽ⁿ⁾ -wg kol.16,

Φ^'(r) - wg kol.19.

W przypadku niespełnienia ww. nierówności w kolumnie 49 umieszczamy kreskę.

W przypadku, gdy głębokość warstwy H ≥ 800m, powiększamy wartość p₃^s (kol.49) o 10% i wpisujemy w kol.50; gdy H < 800m, w kol.50 wpisujemy wartość z kol.49.

W kol.51 wpisujemy najmniejszą wartość z kolumn 40, 42 i 50 -odpowiednio w stropie i spągu warstwy. W przypadku, gdy w kolumnach 40, 42 i 50 występują tylko kreski w kolumnie 51 wpisujemy wartość “0,0000”.

W kol.52 wpisujemy sumę wartości p^w (kol.33) i p^s (kol.51) - odpowiednio w stropie i spągu warstwy.

Kolumny 53 i 54 należy wykorzystać w przypadku, gdy skała występuje w stanie kurzawkowym. Wówczas obciążenie obudowy (kol.54) można obliczyć wg wzoru:

p=γ_nk⁽ⁿ⁾H

w którym:

-γ_nk⁽ⁿ⁾ -charakterystyczna wartość ciężaru objętościowego kurzawki, MN/m³, (γ_nk⁽ⁿ⁾ =0,0127-0,0147 MN/m³),

-H - głębokość m.

W kol.55 należy umieszczać uwagi uzasadniające przyjęcie określonych wartości współczynników, np. strefa podszybia (uzasadnienie przyjęcia k_p2=n₁=1,5), zastosowanie drenażu górotworu poza obudową (uzasadnienie przyjęcia n_w=0,2).

---