Шахтное и подземное строительство

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2852 

Кафедра строительства подземных сооружений
и горных предприятий 

А.В. Корчак 
И.И. Шорников 
 

Шахтное и подземное
строительство 

 

Методические указания к выполнению курсового проекта 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2016 

УДК 622.25 
 
К66 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. В.А. Атрушкевич 

Корчак А.В. 
К66  
Шахтное и подземное строительство : метод. указ. к выполнению курсового проекта / А.В. Корчак, И.И. Шорников. – М. : 
Изд. Дом МИСиС, 2016. – 32 с. 
 

Приведены объекты проектирования и требования к оформлению курсового проекта на бумажных и электронных носителях. Перечислены основные 
разделы курсового проекта, связанные с расчетом нагрузок на крепь, с выбором типа и конструкции крепи ствола, технологической схемы строительства 
вертикального ствола и проходческого оборудования, с расчетом основных 
процессов проходческого цикла. 
Большое внимание уделено производству работ по проходке ствола, организации работ и определению технико-экономических показателей. В Приложениях приведены справочные материалы, необходимые для выполнения 
курсового проекта. 

УДК 622.25 

 
© А.В. Корчак, 
И.И. Шорников, 2016 
 
© НИТУ «МИСиС», 2016 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
Оформление проекта................................................................................5 
1. Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа 
и расчет параметров крепи ......................................................................7 
2. Расчет основных проходческих процессов 
при строительстве ствола.......................................................................13 
3. Производство работ по проходке ствола..........................................18 
4. Организация работ по строительству ствола 
и технико-экономические показатели. Расчет графика 
цикличности............................................................................................20 
Список рекомендуемой литературы .....................................................21 
Приложения ............................................................................................22 
 

Предисловие 

Курсовой проект является самостоятельной работой студента, в 
результате которой закрепляются теоретические знания, полученные 
им по дисциплине «Шахтное и подземное строительство», развиваются практические навыки работы с инженерно-технической, справочной и нормативной литературой. 
В комплексе горнодобывающего предприятия и объектов гидротехнического и городского строительства ствол является одной из 
самых ответственных горных выработок. Строительство ствола 
представляет собой сложную инженерную задачу. Сложность обусловливается прежде всего ограниченностью площади забоя, постоянным изменением глубины расположения забоя от поверхности, 
притоками воды, различием физико-механических свойств пересекаемых пород, размещением в стволе по вертикальной схеме горнопроходческого оборудования. 
В качестве объекта проектирования могут выступать вертикальные стволы различного функционального назначения – скиповые, 
клетьевые, скипо-клетьевые, вентиляционные, закладочные, дренажные, уравнительные, строительные, разведочные. Помимо этого, в 
курсовом проекте могут рассматриваться вопросы строительства стволов как в обычных, так и в сложных горно-геологических условиях. 
Сложные горно-геологические условия строительства предполагают наличие значительных притоков воды в ствол, большие нагрузки на крепь ствола от горного давления, пересечение стволом углей и 
пород, опасных по внезапным выбросам или горным ударам. 
Тема курсового проекта по согласованию с руководителем проектирования может быть определена по материалам производственной 
практики, представленным студентом. 
В общем виде курсовой проект состоит из четырех разделов. 
В первом разделе определяется категория устойчивости горных пород, пересекаемых стволом, выбирается конструкция крепи ствола и 
выполняется расчет горного и гидростатического давления на крепь. 
Второй раздел посвящен расчету основных проходческих процессов при строительстве ствола. В этом разделе также обосновываются 
технологическая схема проходки ствола, оснащение на период проходки, решаются вопросы размещения проходческого оборудования 
в стволе и на поверхности. 

В третьем разделе излагается технология производства работ по 
выемке породы, возведению постоянной крепи, рассечке сопряжений 
и армировке ствола. Вопросы технологии должны быть тесно увязаны с расчетным материалом. 
В четвертом разделе описывается общая организация работ, разрабатываются графики цикличности, рассчитываются основные технико-экономические показатели строительства ствола. 
Курсовой проект выполняется студентом самостоятельно в соответствии с настоящими методическими указаниями, в которых приводится перечень основных вопросов, подлежащих разработке. 

Оформление проекта 

Курсовой проект разрабатывается, оформляется и представляется 
к защите в виде графического материала на одном чертежном листе 
формата А1 и пояснительной записки. Возможно размещение чертежей и графиков в пояснительной записке. 
Чертеж выполнятся с соблюдением выбранного масштаба по 
ГОСТу. Чертеж также может быть выполнен на компьютере с применением графических пакетов программ. Содержание графической 
части приведено в соответствующих разделах данных методических 
указаний, а расположение чертежей на листе – в Приложении 1. 
В пояснительной записке излагается обоснование принятых в 
проекте решений, приводятся расчеты, делаются выводы. 
Пояснительная записка, а также помещаемые в ней чертежи, схемы, графики, таблицы выполняются на листах формата А4. Рисунки 
должны иметь самостоятельную сплошную нумерацию, подрисуночные подписи. Текст записки должен быть аккуратно написан четким 
разборчивым почерком либо отпечатан на принтере через 1,5 интервала шрифтом Times New Roman. Размер шрифта – 14 пунктов. 
При проведении расчетов сначала пишется формула, даются пояснения и цифровые значения букв, входящих в нее, после этого 
цифры подставляются в формулу и приводятся результаты расчета. 
Пояснительная записка должна содержать: титульный лист с названиями университета, факультета, кафедры, дисциплины, фамилии 
и инициалов студента, наименования группы, шифра и специальности; задание на проектирование; оглавление; введение; текст записки, разбитый на разделы и подразделы; выводы; список использованной литературы. 

Весь материал пояснительной записки должен иметь общую нумерацию страниц. 
По согласованию с кафедрой курсовой проект может быть представлен в электронном виде с соблюдением всех вышеперечисленных требований. 
Полностью оформленный проект студент предоставляет руководителю проекта. Если проект удовлетворяет установленным требованиям, он допускается к защите, по результатам которой и качеству 
всего проекта выставляется оценка. 

1. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД 
И НАГРУЗОК НА КРЕПЬ, ВЫБОР ТИПА 
И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ 

Выбор типа и расчет параметров крепи для ствола производится 
на основании определения категории устойчивости пород вертикальных выработок в соответствии со СНиП II-94-80. Категория устойчивости оценивается величиной эмпирического коэффициента С (табл. 
1.1), определяемого по формуле 

 
(
)

г
сб
ц

α
α
c
,
26,3
5,25
0,0056

t
p

c

K K K K H
С
K R
K R
=
+
+
  
(1.1) 

где Kг – коэффициент, учитывающий взвешивающее действие воды. 
Для участков вне водоносных горизонтов он равен 1, а для водоносных горизонтов определяется по формуле: 

 
(
) (
)
1
в
п
в
2

г

1
γ
γ
γ
1
ε
,
γ

h
Р
h

K
H

−
+
−
⋅
+
=
 
(1.2) 

где h1 – высота толщи пород от почвы водоупора до земной поверхности, м; для рассматриваемого сечения h1 = H; 
h2 – высота толщи пород от рассматриваемого сечения в водоносном горизонте до почвы водоупора (кровли водоносного горизонта), м; максимальная величина h2 равняется m – мощности 
водоносного горизонта; 
γп, γв – соответственно удельный вес частиц пород водоносного 
горизонта и воды, кН/м3; 
ε – коэффициент пористости пород водоносного горизонта, 

пор

скел
ε
0,1...0,2;
V

V
=
≈
 

Рв – давление подземных вод с учетом водопонижения, мПа; 
H – высота толщи пород от рассматриваемого сечения до поверхности, м; 
Kсб – коэффициент воздействия на ствол других выработок, равен 
1 для протяженных участков и 1,5 – для сопряжений; 
Kц – коэффициент воздействия на ствол очистных работ, вне зоны влияния равен 1; 

Kt – коэффициент влияния времени эксплуатации выработки. Равен 1 для стволов и 0,9 – для остальных выработок; 
Hр – расчетная глубина ствола (рассматриваемого сечения), м; 
Kα – коэффициент влияния угла залегания пород α, градус, для 
горизонтально залегающих пород равен 1, в остальных случаях 
определяется по формуле 

 
α
1
;
1
0,5sinα
K = +
 

Rс – расчетное сопротивление пород сжатию, МПа в рассматриваемом сечении ствола по его глубине: 

 
c
c,
R
Rk
=
 

здесь R – среднее значение сопротивления пород в образце одноосному сжатию, МПа (принимается по заданию); 
kc – коэффициент, учитывающий нарушенность массива поверхностями ослабления (трещинами). Принимается в зависимости от 
расстояния между трещинами в массиве: более 1,5 м – kc = 0,9; 
1,5…1,0 м – kc = 0,8; 1…0,5 м – kc = 0,6; 0,5…0,1 – kc = 0,4; и менее 0,1 м – kc = 0,2. 

Таблица 1.1 
Категории устойчивости вертикальных стволов 

Категория устойчивости 
Оценка состояния устойчивости пород 
С 

I 
Устойчивое 
Доз 

II 
Среднеустойчивое 
3…6 

III 
Неустойчивое 
6…10 

IV 
Очень неустойчивое 
Более 10 

При R ≤ 2 МПа породы относятся к IV категории устойчивости. 
В зависимости от полученной категории устойчивости выбирается конструкция крепи вертикальных стволов, рекомендуемая СНиПом к применению. В породах I, II и III категорий устойчивости в 
стволах с жесткой армировкой для протяженных участков ствола вне 
зоны влияния очистных работ и водоносных горизонтов применяется 
монолитная бетонная крепь из бетонов классов В15, В20 и В25. В 
породах I категории устойчивости ее толщина принимается без расчета по табл. 1.2. 
Допускается в породах I категории, а при гибкой армировке I и II 
категорий, а также вентиляционных стволах и шурфах при притоках 
воды менее 8 м3/ч применять набрызг-бетонную крепь или комбинированную крепь из анкеров, сетки и набрызг-бетона. 

Таблица 1.2 

Толщина монолитной бетонной крепи в породах I категории 

Толщина бетонной крепи, мм, при α 
Глубина расположения 

участка, м 
до 35° 
свыше 35° 

До 500 
200 
250 

Свыше 500 
250 
300 

В породах I категории устойчивости толщина набрызг-бетонной 
крепи принимается без расчета по табл. 1.3. 

Таблица 1.3 

Рекомендуемая толщина набрызг-бетонной крепи 

Толщина н/б крепи d, мм, при α 
Глубина участка ствола, м 

до 35° 
свыше 35° 

До 500 
80 
120 

Свыше 500 
100 
150 

В остальных случаях толщина набрызг-бетонной крепи dкр устанавливается расчетом. При этом dкр ≥ 150 мм при глубине ствола H < 
500 мм и dкр ≥ 200 мм при H ≥ 500 мм. 
В комбинированной крепи длина анкеров la = 2 м, а расстояние 
между анкерами в ряду 0,7la. 
В породах IV категории устойчивости и в породах других категорий на участках с напорными водами и на калийных месторождениях 
применяются тюбинговая крепь, железобетонная многослойная 
крепь, реже бетонная крепь. 
Расчет крепи протяженной части ствола производится на суммарное действие горизонтальной (радиальной) нагрузки со стороны 
пород массива Pп давления остаточного напора подземных вод Pг с 
учетом технологической и монтажной нагрузок. При отсутствии 
влияния очистных работ расчетное горизонтальное давление Pп, кПа, 
определяется по формуле 

 
(
)
н
п
y
н
0
1
0,1
3
,
P
nm n P
r
⎡
⎤
=
+
−
⎣
⎦   
(1.3) 

где r0 – радиус ствола в свету, м; 
n = 1,3 – коэффициент перегрузки; 
mу – коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости 
от типа крепи: набрызг-бетонная крепь – 0,5; сборная крепь – 0,75; 
монолитная бетонная – 0,8; 
nн – коэффициент, зависящий от угла залегания пород и схемы 
проходки ствола, определяется по таблице; 

nн 
Угол залегания пород 

α, градус 
последовательная и параллельная схемы проходки 

совмещенная схема проходки 

до 10° 
2,00 
1,75 

10°…35° 
2,50 
2,00 

более 35° 
2,75 
2,25 

Рн – нормативное давление горных пород на крепь, кПа, для IV категории устойчивости определяется по методикам специализированных организаций, а для пород I, II и III категорий по формулам: 

 
при С < 6Рн = [10[2С – 1] + Δ]; 
(1.4) 

 
при 10 ≥ С > [10[3С – 7] + Δ]; 
(1.5) 

где C – критерий устойчивости; 
∆ – параметр, учитывающий технологию ведения проходческих 
работ, при параллельной и последовательной схемах равняется 0, а 
при совмещенной зависит от категории устойчивости: I и II равняется 2, III равняется 3. 
Давление подземных вод Pг, кПа на крепь ствола в коренных породах определяется по формуле 

 
e
в
г
кр
ф
1
п
ф
1
0

γ
,
lg
( ) /
1
lg
/

nH
Р

K
R t
r

K
r
r

=

+

  
 (1.6) 

(при этом, если 

кр
ф
п
ф
4
K

K
<
, то Рг = 0, а если 

кр
ф
п
ф
100
K

K
>
, то Рг = Heγв); 

где n = 1,1 – коэффициент перегрузки; 
He – естественный или сниженный общим водопонижением напор в данном водоносном горизонте, м, определяемый по результатам гидрогеологических исследований; 
γв – 10 кН/м3 – удельный вес воды; 
кр
ф
K
 – коэффициент фильтрации крепи, для бетонной крепи ра
вен 0,00158 м3/сут; 
п
ф
K  – коэффициент фильтрации породы; 

r0 – радиус ствола в свету, м; 
r1 – радиус ствола в проходке, м (предварительно принимаем 

1
0
0,5
r
r
=
+
 м); 

( )
1,5
t
R
a t
=
⋅  – радиус влияния дренажа выработки ≈ 500 м 

(а ≈ 10 000 – коэффициент пьезопроводности водоносного горизонта, м2/сут, зависит от коэффициента фильтрации, пористости 
горных пород, модулей упругости породы и бетона); 
t – время от начала дренирования, сут. Рекомендуется принимать 
2 месяца (60 сут). 

При расчете горизонтального давления обводненных пород в формуле (1.3) вместо коэффициента nн принимается коэффициент 
г
п
n : 

 
(
) (
)

(
)

0
н
г
п
г
0
н

1
0,1
3
1
,
1
0,1
3

r
n
n
Р
r

Р

⎡
⎤
+
−
−
⎣
⎦
=
+
−
+
 
(1.7) 

Остаточный водоприток в ствол Qост, м3/сут, в результате 
фильтрации воды через крепь определяется по формуле 

 
Qост = Wm; 
(1.8) 

где W – фильтрационный расход воды на единицу длины ствола, 
м2/сут, без тампонажа пород, 

 
e

1
кр
п
0
1
ф
ф

2,7
,
1
1
( )
lg
lg

H
W
r
R t

r
r
K
K

=
+
  

m – мощность водоносного горизонта, м. 
Все остальные обозначения приведены ранее. 
Расчет толщины монолитной бетонной и набрызг-бетонной 
крепей dкр вертикального ствола производится по формуле 

 
dкр = 
1
2
3

1
2
3
y 0
пб
γ γ γ

γ γ γ
2

b
b
b
b

b
b
b
b
P

R

m r
d
R
K P

⎛
⎞
⎜
⎟ −
⎜
⎟
−
⎝
⎠
, 

где тy – коэффициент условий работы крепи; 
r0 – радиус ствола в свету; 

1
2
3
γ γ γ
b
b
b  – коэффициенты, учитывающие соответственно дли
тельную нагрузку, условия для нарастания прочности, температурные колебания, принимаемые для проектирования бетонных и 
железобетонных конструкций, 
1
2
3
γ
0,85, γ
1, γ
0,85
b
b
b
=
=
=
;