Опыт поддержания выработок на шахтах Украины показывает, что на сегодняшний день применение металлической податливой крепи является основным способом обеспечения устойчивости выработок. Существующие типы податливых крепей, несущая способность которых не превышает 0,1–0,2 МПа, не могут изменить естественного хода процесса формирования зоны разрушения вблизи выработок. Одним из перспективных направлений повышения устойчивости выработок является применение анкерной крепи для формирования армопородной грузонесущей конструкции из разрушенных пород в окрестности выработок [1]. При этом анкерная крепь используется не только в качестве силового элемента, но и как средство изменения вида напряженного состояния разрушенных пород. Известно, что область применения жесткой анкерной крепи, устанавливаемой в радиальном направлении, ограничивается величиной смещения контура выработки, равной 100–200 мм. При больших смещениях пород происходит обрыв анкера или обыгрывание его смещающейся породой [2]. Наличие знакопеременных деформаций внутри зоны разрушенных пород снижает эффективность применения анкерной крепи при расположении ее в радиальном направлении [3].

    Для повышения эффективности и расширения области применения жесткой анкерной крепи в качестве армирующего элемента породной грузонесущей конструкции в ДонГТУ разработан способ охраны выработок, основанный на объемном армировании массива пород в окрестности выработок. Сущность его заключается в том, что жесткая анкерная крепь устанавливается по большим диагоналям куба одна сторона основания которого располагается вдоль оси выработки, а вторая линейно аппроксимирует контур поперечного сечения. При таком расположении анкерной крепи обеспечивается максимальное увеличение условно-мгновенной прочности разрушающегося массива и остаточной прочности разрушенных пород. Анкерная крепь, установленная в пересекающихся направлениях препятствует смещению разрушенных пород в полость выработки. Данные лабораторных испытаний образцов, изготовленных из фосфогипса при различных схемах их армировки показали, что при объемной армировке условно-мгновенная прочность образца увеличивается в 1.6 раза, а остаточная прочность разрушенного образца составляет 50% от прочности образца без армировки [4].

    В лаборатории горного давления ДонГТУ были проведены испытания моделей породных оболочек с различной схемой их армировки. Модели породных оболочек изготавливались из фосфогипса. Ширина выработки в модели составляла 8 см, а толщина породной оболочки 4 см. Нагружение оболочек производили на прессе сосредоточенной силой, распределенной вдоль оси выработки. В качестве армирующих элементов использовалась медная проволока диаметром 0,4 мм. На рис.1 приведены рабочие характеристики оболочек: 1 – без армировки; 2 – с радиальной армировкой; 3 – с объемной армировкой. Анализ графиков показывает, что наличие радиальной и объемной армировок повышает величину разрушающей нагрузки породных оболочек с 7,8 кН до 9,8 и 11,5 кН соответственно. При объемной армировке грузонесущая способность разрушенной породной оболочки составляет 8 кН, или 69% разрушающей нагрузки. Работоспособность породной оболочки при радиальной и объемной армировках повышается, соответственно в 1.6 и 5.8 раза.

     Таким образом, предлагаемая схема армирования породной оболочки вокруг выработок существенно повышает ее грузонесущую способность даже в условиях разрушения пород. Для ее промышленного использования необходимо провести отработку технологии установки анкерной крепи, обосновать рациональные параметры и область эффективного применения.