АНАЛИЗ НАУЧНЫХ РАБОТ, ПО ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ

Содержание



• 1. Анализ научных представлений о взаимодействии анкерной крепи с вмещающим массивом
• 2. Анализ существующих методик и подходов по определению параметров комбинированных крепей на основе анкерных систем
• 3. Цели и задачи исследований
• 4. Список источников

• 1. Анализ научных представлений о взаимодействии анкерной крепи с вмещающим массивом

  Анкерная крепь в современной научно-технической литературе представляется в виде совокупности штанг (деревянных, металлических, железобетонных, полимерных и др.) закрепляемых в шпурах (скважинах), способной в самостоятельном виде или в сочетании с поддерживающими и ограждающими конструкциями крепи воспринимать горное давление.

  В исследование процессов деформирования и разрушения пород вокруг горных выработок, их поддержания, в том числе и анкерной крепью, большой вклад внесли ученые и специалисты отечественных и зарубежных научно-исследовательских центов в Австралии, Великобритании, Германии, США, Ка-наде и ЮАР. Это работы ученых Украины и стран СНГ: Бабиюка Г.В., Борисо-ва А.А., Булата А.Ф., Булычева Н.С., Виноградова В.В., Глушко В.Т, Ерофеева Л.М., Касьяна Н.Н., Ковалевской И.А., Махно Е.Я., Ремезова А.В., Симановича Г.А., Шашенко А.Н., Широкова А.П., Толпанкороева А.Т., Чукана В.К., Мельникова Н.И., Усаченко Б.М.; и ученых зарубежных стран Айзаксона Э., Alliman G., Althonyan P.F.R., Bauer E., Ficek J., Fletcher R., Goris J.M., Dolinar D., M. Junker , Каммера В., Коста А., Лангоша У., Mark C., Middendorf H., Molinda G., Ополони К., Панека Л.А., Peng S., Signer S., Скотта Д., Stankus J., Stilborg B., Thomas F.M., Tingkan L., Фармера Я., Югона А., Wang Z., Якоби О. и многих других.

  Изложенные в этих трудах представления о работе анкерной крепи, основаны на теоретических исследованиях и опыте ее применения можно обобщить в виде следующих основных схем:

  Первая схема – это формирование из слоистых пород грузонесущей конструкции (сшивка) основана на представлении, что создаваемая в кровле выработки породо-анкерная плита является несущей конструкцией. При этом, скрепляемые анкерами породы испытывают сжатие, а сами анкеры – растяжение. Эта схема была предложена Якоби [1] и была развита в работах Семевского [2], Панека [3-5], Тимофеева [6-8], Борисова [9-11] и многих других [12, 13]. К первой группе схем можно отнести и опорно-анкерное крепление [14].

  Вторая схема – это схема (подшивка) основана на том, что часть не устойчивых пород, в пределах формирующейся зоны неупругих деформаций (свода обрушения) вокруг выработки прикрепляются анкерами к более устойчивым породам за ее пределами. Впервые она была предложена Ф. Баки. Ее сторонниками являются: Л. Рабцевич, Б.К. Чукан, А.П. Широков и другие [15-18].

  Третья схема – это обеспечение предотвращения отдельных вывалов пород кровли (механическое укрепление) и применяется в условиях прочных, но трещиноватых вмещающих пород как способ их локального укрепления [13]. Недостатком этой схемы является сложность получения достоверной информации о параметрах трещиноватости вмещающих выработку пород, а, следовательно, и о нагрузках, на которые следует рассчитывать анкерную крепь.

  Четвертая схема – это схема энергетического взаимодействия породного массива с анкерной крепью. Она основана на представлении, что в результате перераспределения напряжений в массиве, вызванного проведением выработки, высвобождается потенциальная энергия, расходуемая на деформирование и разрушение пород, а также на преодоление сопротивления крепи, играющей роль энергетического компенсатора [19-22]. Предложенная схема не нашла практического применения из-за необходимости проведения в каждом конкретном случае значительного объема дополнительных исследований, для получения входных параметров для расчета анкерной крепи.

  Пятая схема – она представляет экспериментально-аналитическое взаимо-действия анкерной крепи и массива основана на научном анализе многолетнего производственного опыта применения анкерного крепления на угольных шахтах [23-41]. Эти исследования велись специалистами в странах с развитой горнодобывающей промышленностью: США, Канаде, Германии, Австралии, Франции и др. [42-47]. Исследователями достигнуто понимание того, что устойчивость породных обнажений, закрепленных анкерной крепью, определяется глубиной анкерования, плотностью установки штанг, сцеплением анкеров с породой и другими важными параметрами. В основу данной схемы положен эмпирический подход, позволяющий как аналитически ( с помощью численных методов моделирования напряженно-деформированного состояния пород [48-57]), так и экспериментально ( на основании статистической обработки имеющегося опыта [49, 58-64]), с высокой степенью достоверности прогнозировать устойчивость выработок с анкерным креплением, рассчитывать параметры крепления, обеспечивающие отсутствие обрушений пород в различных горно-геологических и горнотехнических условиях поддержания выработок.

  Большинство американских и канадских исследователей [23-30] используют исключительно эмпирический подход, основанный на экспертной оценке большого количества вариантов анкерного крепления и выбора его параметров путем определения характерных горно-геологических и горнотехнических показателей по которым затем рассчитываются параметры крепления.

  Европейские ученые [65-68], обычно используют обобщенный подход для оценки возможности применения анкерного крепления и расчета его параметров, заключающийся в определении показателей качества пород кровли (например, критерий RQD). Так, проф. Стилборг [65] рассматривает в зависимости от величины критерия устойчивости три концепции работы анкерной крепи: теория ограниченной устойчивости блочной среды, теория создания из слоистых пород кровли армированной балки и теория арочного свода.

  Схемы, относящиеся к пятой группе не нашли применения в нашей горной практике из-за отсутствия достаточного опыта эксплуатации анкерной крепи на шахтах Украины и не возможности, на данном этапе, упорядочить и систематизировать имеющиеся данные.

  Описанные выше схемы работы анкерной крепи не учитывают ее влияние на геомеханические процессы, происходящие во вмещающем выработку массиве, в том числе при использовании анкерной крепи в качестве усиливающей конструкции, что не позволяет достоверно оценить роль крепи в процессе поддержания выработки. Они не объясняют, в результате чего формируется нагрузка на крепь, что не позволяет, обосновано разработать метод расчета ее параметров.

• 2. Анализ существующих методик и подходов по определению параметров комбинированных крепей на основе анкерных систем

  Различные схемы взаимодействия анкерной крепи с породным массивом и разнообразие горно-геологических условий привело к возникновению большого числа методик расчета ее параметров.

  Анализ работ, посвященных изучению взаимодействия комбинированной крепи и массива, а также разработке методик расчета их параметров, позволил авторам разделить их на 3 большие группы:

  - первая группа работ учитывает наличие, усиливающей раму, анкерной крепи коэффициентом уменьшения смещений, который вводится в формулы для расчета ожидаемых смещений контура выработки и зависят от плотности установки анкеров [1];

  - вторая группа работ рассматривает рамную и усиливающую рамную крепь как единую грузонесущую конструкцию, конструктивные параметры которой принимаются в зависимости от ожидаемых смещений контура незакрепленной выработки, горно-геологических и горнотехнических факторов, характеризующих условия ее заложения [2]. Параметры комбинированной крепи рассчитываются при помощи метода конечных и граничных элементов;

  - третья группа работ рассматривает рамную и усиливающую крепь как единую связную конструкцию, параметры которой рассчитываются теоретически с использованием метода сил [3].

  Основными расчетными параметрам комбинированной крепи (анкерно-рамной и рамно-анкерной) являются: номер спецпрофиля, из которого изготовлена рама, шаг установки рамной крепи, диаметр анкерной штанги, ее активную длину, усилие начального натяжения, несущую способность анкера, плотность установки анкеров и параметры, характеризующие схему их расположения.

  В первой группе анализируются следующие работы.

  Эта группа исследователей, которые видят роль анкерной крепи в упрочнении боковых пород. Так, О.В. Тимофеев [6, 69] утверждает, что анкерная крепь при плотности установки анкеров n_s ≥ 0.7 анк/м² способна обеспечить упрочняющий эффект, при этом, величина коэффициента уп-рочнения может достигать 1,5-2,0 при плотности установки анкеров 1,5-2,5 анк/м² и при величине начального натяжения 6-12 т. Величина коэффициента упрочнения пород анкерами была получена им при экспериментах на моделях из эквивалентных материалов n_s.

  Автор считает, что, применяя анкерную крепь, можно обеспечить такую степень упрочнения массива, при которой будет предотвращено образование зоны неупругих деформаций (ЗНД) или уменьшены ее размеры. Таким образом, в результате повысится устойчивость выработки. Активная длина анкера L_a определяется по условию закрепления замка за пределами ЗНД, при этом она принимается равной (1.2-1.4)*a, где a – расстояние между анкерами.

  Профессор Н.Н. Касьян [70-72] считает, что анкерная крепь, установленная при проведении выработки, выполняет роль армирующего элемента, повышающего условно-мгновенную прочность пород вокруг выработки. При образовании зоны разрушенных пород она оказывает сопротивление расширению пород в полость выработки. Для повышения эффективности анкерной крепи автор предлагает использовать схемы установки анкеров позволяющие перевести процесс разрушения пород из условий одноосного сжатия к условиям двух и трехосного сжатия.

  В результате испытаний образцов из фосфогипса, армированных по схемам, приведенным на рис. 1.14, установлен факт увеличения условно мгновенной прочности на сжатие в 1,2 и 1,6 раза при использовании 1-й и 2-й схем.

  Рисунок 1.14 - Схемы армирования образцов: Р - направление сжимающей нагрузки

  Действующим нормативным документом, регламентирующим применение анкерной крепи на шахтах Российской Федерации [73] предлагается следующая методика расчета. Для прямоугольной или трапециевидной формы выработок, расчет параметров анкерной крепи (сопротивления анкерной крепи, длины анкеров и их податливости, дополнительных средств усиления) производится в зависимости от:

  А) интенсивности горного давления, определяемого с учетом размеров и глубины заложения выработки;

  Б) способа и параметров способа ее охраны от влияния очистных работ;

  В) прочности, трещиноватости и устойчивости пород кровли. В качестве критерия интенсивности горного давления принимаются расчетные смещения кровли выработки с анкерной крепью, определяемые по методике НИМИ [74, 75].

  В настоящее время, в Украине действующие нормативные документы [74, 76-78] регламентируются аналогичный порядок расчета параметров анкерного крепления. Так, в [78] приводится классификация условий применения анкерной крепи (простой, усиленной и мощной), учитывающая ожидаемые смещения пород кровли в не закрепленной выработке, прочность пород кровли, срок службы выработки, положение выработки относительно границ выработанного пространства и ее назначение, мощность пород непосредственной кровли, состав и свойства пород основной кровли, в т.ч. наличие в ней прослоек угля и песчаника, наличие геологических нарушений во вмещающем массиве.

  Параметры же анкерной крепи (форма поперечного сечения выработки, расстояние между анкерами, угол их наклона, длина анкерных штанг и их диа-метр) предлагается выбирать без расчета, из таблиц, в зависимости от выше приведенных классификационных признаков, хрупкости и прочности пород кровли, величины предварительного натяжения, ширины выработки, диаметра анкера и т. д.

  В разработанной методике (СОУ по анкерному креплению – 2009)

  Параметры анкерной крепи в выработках арочной формы определяются по эмпириче-ским формулам [142] в следующей последовательности:

  1. Определяется оптимальная глубина анкерования.

  2. Определяется оптимальный шаг установки армополимерных анкеров как в рядах, так и анкерных рядов друг относительно друга.

  3. Производится расчет углов наклона концевых анкеров в анкерных рядах, в том числе укрепляющих непосредственную кровлю и почву пластов.

  4. Рассчитываются смещения и относительные параметры конвергенции в заанкерованном массиве с учетом относительного удлинения анкерных штанг. Расчет ведется дифференцированно для разных периодов поддержания выработки, с учетом относительной конвергенции пород кровли выработки в этом периоде поддержания при скрепленном анкерами приконтурном массиве, глубины анкерования, высоты выработки в проходке, толщины пород приконтурного массива выработки, участвующих в формировании смещений скрепленных анкерами пород кровли.

  5. Определяют ожидаемую минимальную толщину заанкерованного слоя пород в рассматриваемом периоде поддержания выработки. В случае если рассчитанная толщина заанкерованного грузонесущего породного слоя составляет менее расстояния между анкерами в ряду или между рядами, дальнейший расчет смещений прекращается.

  6. Выполняется расчет несущей способности анкерной крепи в комбинированных системах крепления выработок (для каждого периода поддержания выработки). Для этого, предварительно, по номограмме определяется коэффициент упрочнения пород в пределах грузонесущего, армированного анкерами слоя, в зависимости от показателя гибкости части породного массива, заключенного между анкерами. Затем рассчитывается несущая способность анкерной крепи в выработке.

  7. Определяется периметр контура кровли выработки, подлежащий анкерованию с учетом размеров выработки, мощности пласта и величины нижней подрывки пород. Для выработок с плоским обнажением кровли, несущая способность анкерной крепи определяется по эмпирической формуле, с учетом глубины анкерования пород, ширины выработки в проходке, несущей способности анкерных штанг, коэффициента упрочнения пород в пределах заанкерованного слоя и расстояния между анкерами в ряду.

  8. Ожидаемая нагрузка на крепь определяется высотой свода расслоившихся пород кровли выработки во всех периодах поддержания выработки и рассчитывается по формуле М.М. Протодъяконова.

  На практике остаются нерассмотренными вопросы, связанные с дифференцированным расчетом несущей способности и параметров отдельных элементов комбинированной крепи, а также вопросы, связанные с технической эффективностью рамно-анкерного крепления при ус-тановке анкеров с различным разрывом во времени между выемкой породы и установкой ан-керной крепи.

  В работе [143] утверждается, что роль анкеров в комбинированной рамно-анкерной крепи является вторичной и сводится к улучшению условий работы рамной крепи. Анкерная крепь снижает деформации вмещающих пород, упрочняя их и создает несущую конструкцию из армированных анкерами пород в кровле пласта.

  Анализ результатов шахтных наблюдений и накопленного опыта на отечественных шахтах [144-146] показал, что в условиях устойчивых пород и на глубинах до 600 м применение рамно-анкерной крепи обеспечивает существенно повышение устойчивости выработок и снижение расхода крепежных материалов в 1,5-2 раза [147].

  Комбинированная рамно-анкерная крепь рассчитывается на основе разработанных мето-дик и нормативных документов [148-152]. Создаваемая в штреке конструкция должна обеспечить необходимую несущую способность и препятствовать смещению пород. В зависимости от схем установки рамно-анкерной крепи выполняют следующие мероприятия:

  А) определяют параметры и возводят базовую крепь при проходке;

  Б) определяют характеристики и возводят дополнительную крепь с учетом показателей состояния углепородного массива вокруг выработки, подверженной влиянию отрабатываемой лавы;

  В) осуществляют выбор параметров управления состоянием породного массива вокруг укрепленной выработки для ее повторного использования.

  Американские исследователи рекомендуют применять сугубо эмпирический подход, основанный на экспертной оценке большого числа вариантов крепления и выбора параметров анкерной крепи путем выделения характерных горно-геологических признаков и горнотехнических показателей для своих условий, согласно которым потом определяются параметры крепления [153-160].

  Необходимо отметить использование показателя качества пород кровли широко применяется в европейских странах при выборе параметров паспорта анкерного крепления. В качестве типичного примера можно назвать статьи [161-163], где подробно описана вся технология анализа горно-геологических условий выбора и обоснования параметров паспорта крепления подготовительных выработок с помощью сталеполимерной анкерной крепи на одной из польских угольных шахт.

  В работе [171] на основании шахтных инструментальных наблюдений получены графики смещения контурных реперов, заложенных в пределах участков, закрепленных анкерной крепью в пределах зоны опорного давления впереди лавы. Это позволило автору установить рациональные границы зоны установки анкеров впереди лавы и параметры их заложения, позволяющие снизить смещения пород и не допустить расслоение пород кровли. Для условий шахты «Воркутауголь» получена эмпирическая зависимость для определения смещения масси-ва в зависимости от расстояния от контура до исследуемой точки массива по длине шпура, угла между направлением шпура и напластованием пород, времени учитывающего положение очистного забоя на момент анкерования.

  В методиках и рекомендациях научно-технической литературе параметры анкерной крепи определяются обычно по эмпирически формулам, полученным на основании многолетнего опыта применения анкеров, а также в соответствии с рекомендациями, регламентирующими параметры анкерной крепи для различных видов подземных сооружений [179, 180, 181, 184, 185, 91].

  В этих работах установлено, что при постоянном натяжении анкеров, создаваемые в них усилия воздействуют на массив, образуя в нем более или менее равномерное поле сжимающих напряжений, повышающих устойчивость подкрепленной выработки. [177,178, 182, 183,186,1].

  
  

  Во второй группе анализируются следующие научные работы:

  А. Югон, А. Кост [80] выделяют два случая применения анкерной крепи в качестве усиливающей конструкции:

  1. Анкеры устанавливаются до образования вокруг выработки зоны пониженных напряжений.

  2. Анкеры устанавливаются после или во время понижения напряжений.

  При этом авторы рекомендуют стремиться к первому случаю.

  Работа анкеров сводится к образованию зоны сжатия в породе на глубину L. Таким образом, вокруг выработки или над ней образуется кольцевая зона или ее часть толщиной L. Сжатие пород в этой зоне увеличивает их сопротивление возникающим усилиям.

  Для объяснения своих взглядов авторы используют теорию Мора. Круг Мора, отражающий состояние породы сразу после проведения выработки строится, как указано на рис. 1.9 (круг обозначен сплошной линией). Если анкерная крепь обеспечивает нормальное напряжение на поверхности выработки, равное n₀, то круг Мора становится кругом, обозначенным пунктирной линией. Если усилие n₀ увеличивается, круг уменьшается и устойчивость возрастает. В породе не возникает трещинообразование, и не может развиваться понижение напряжений.

  Рис. 1.9 – Схема к расчету параметров крепи: 1 – круг Мора после проведения выработки; 2 – круг Мора после установки анкерной крепи; 3 – огибающая кривая.

  Как видно, анкерное крепление породы ведет к образованию вокруг выработки зоны толщиной L, состоящей из арок или колец, скрепленных друг с другом, которая выдерживает горное давление.

  Количество анкеров на 1 м² определяется как

  (1.23)

  
  

  где f – усилие натяжения в кровле, кН;

  n_ш – расчетное натяжение одного анкера т/м².

  Длина анкера при этом должна быть больше зоны распространения тангенциальных напряжений, то есть следует стремиться к как можно большей длине анкеров, но в разумных пределах.

  В своих работах [2] В.Н. Семевский доказал, что анкерная крепь, уста-навливаемая сразу после выемки породы в забое, укрепляет слоистую или од-нослойную трещиноватую среду, превращая ее в составную балку. Она обеспе-чивает сохранение породами непосредственной кровли естественных сил сцеп-ления и добавляет к ним сопротивление материала штанг.

  Для схемы образования из пород кровли несущей балки, он предлагает следующую методику определения параметров анкерной крепи для крепления трещиноватых пород.

  1. Определяется необходимая толщина породной плиты, способной обеспечить устойчивость закрепленной анкерами кровли.

  2. Определяется активная длина анкера L_a

  
  

  L_a=L₁+0.5*a+L₃(1.24)

  
  

  где L₁ – необходимая толщина породной плиты, м;

  a – расстояние между анкерами, м;

  L₃ – длина выступающей в выработку части анкера, м.

  3. Определяется расстояние между анкерами. При этом должно выполняться условие a ≤ 0.7L_a. Расстояние между анкерами должно быть таким, чтобы обеспечить устойчивость закрепленной толщи пород на сдвиг по наклонным или гори-зонтальным плоскостям.

  Исследователи Бабиюк Г.В. и Леонов А.А. [81-85] предлагают подход к расчету параметров анкерной крепи, основанный на формировании в кровле выработки породно-анкерной конструкций при помощи предварительного уплотнения расслоившихся пород гидростойками с последующей установкой анкеров и рамной крепи с распором. Испытаниями на моделях «массив-анкера» в условиях не равнокомпонентного сжатия получены полные диаграммы деформирования и установлено, что за счет анкерования, а в разрушенных породах – уплотнения и анкерования, можно изменять деформационные свойства массива и качественно преобразовывать его запредельное поведение. Предложенная ими методика расчета параметров анкерной крепи учитывает коэффициент трещиноватости нарушенного массива и технологические параметры крепи.

  В.П. Сажнев [86] в своей рассматривает анкерную крепь как способ, позволяющий более эффективно использовать эффект саморасклинивания горных пород. По его мнению, анкеры должны иметь пространственное расположение, что позволит сгладить неравномерность конвергенции по длине выработки, которая вызвана разнозначным движением пород вдоль оси выработки. Угол установки анкеров, согласно рекомендациям автора, изменяется от 5 до 40 градусов.

  В работах [87, 88], на основании лабораторных испытаний на изгиб физических моделей породно-анкерных конструкций из слоев анизотропных пород получены их нагрузочно-деформационные характеристики для некоторых схем армирования пород массива. Установлено, что нагрузочно-деформационные характеристики конструкций зависят от мощности и прочности слоев, слагающих непосредственную кровлю и ширины выработки. Экспериментально доказано, что повышение плотности анкерования выше некоторого критического значения приводит к снижению несущей способности создаваемой породно-анкерной конструкции.

  В научной работе [108] установлено, что пространственное размещение в породах армирующих систем позволяет управлять процессами деформирования и разрушения пород. В работе сформулированы новая концепция применения анкерных породо-армирующих систем позволяющая максимально использовать несущую способность породного массива, основанная на выборе такой схемы армирования при минимальном количестве анкеров, чтобы массив не разрушался или разрушался в заданных пределах. Установлены особенности механизма деформирования породо-анкерных конструкций вне зоны влияния очистных работ и в зоне влияния очистных работ. Разработаны методы расчета породно-анкерной конструкции позволяющие определить параметры комбинированной анкерно-рамной крепи. Однако в этой работе не рассмотрены вопросы связанные с деформированием массива в случае когда анкерная крепь устанавливается с отставанием от забоя выработки.

  Методика, разработанная немецким ученым Х.О. Лютгендорфом [1], показывает, что при анкерном креплении образуется несущий свод, состоящий из приконтурного породного массива и работающих на растяжение радиально расположенных анкерных штанг. Эффективная толщина подобного комбинированного несущего свода d равна длине анкеров L за вычетом расстояния между анкерами e:

  
  

  d = L - e (1.25)

  
  

  Действующие на анкерные штанги растягивающие усилия А создают равномерно-распределенное радиальное давление σ_r в пределах породной оболочки толщиной d:

  
  

  σ_r=A/e² (1.26)

  
  

  Предполагается, что несущая способность массива возрастает на величину Δσ₁ в направлении, перпендикулярном к направлению наименьшего главного напряжения, спровоцированного дополнительным напряжением сжатия: Δσ₃=Δσ_r;Δσ₁=Δσ₃=a₁Δσ_r. При увеличении радиального напряжения на Δσ_r тангенциальное напряжение возрастает на величину Δσ_t, а именно в a₁ раз:

  
  

  a₁=tg₂(45°+p/2). (1.27)

  В ненарушенном массиве параметр p является углом внутреннего трения, а в нарушенном углом трения по плоскостям среза (или сдвига). Дополнительное поддерживающее усилие породной оболочки укрепленной анкерами находится из выражения:

  
  

  (1.28)

  
  

  Дополнительное сопротивление p на внешнем радиусе r_a укрепленной породной оболочки определяется по формуле:

  
  

  (1.29)

  
  

  Несущая способность породной оболочки зависит от угла внутреннего трения – p, несущей способности анкера – A, его длины – L, расстояния между анкерами – e и эквивалентного радиуса выработки – r₀.

  По данным исследований Лютгендорфа Х.О., собственная несущая способность пород в окрестности выработки невелика и определяется остаточной прочностью на сжатие, которая составляет 100-200 кН/м². Анкерная крепь способствует более высокому дополнительному сопротивлению пород. В случае если несущая способность скрепленной анкерами породной оболочки недостаточна, то в породах образуются изломы по плоскостям сдвига, что приводит к уменьшению поперечного сечения выработки и удлинению анкеров. Способность анкеров к удлинению должна быть приспособлена к деформированию породного массива. При образовании зоны разрушенных пород эффективность анкерной крепи установленной в радиальном направлении значительно снижается.

  Расчет параметров анкерной крепи по методике О.Натау и В.Ляйхница [1, 89] основан на установлении зависимости прочности породных образцов от показателя гибкости λ. Под показателем гибкости понимается отношение между высотой образца и его диаметром. Выполненные авторами исследования показывают, что прочность образцов на одноосное сжатие возрастает по экспоненциальной зависимости при уменьшении λ:

  
  

  σ_д/β_д=1+Bλ-n (1.30)

  
  

  где σ_д – прочность образца на одноосное сжатие при λ≠1;

  β_д – то же, при λ=1.0;

  B, n – коэффициенты, B ≤ 1.0, n > 1.0;

  Элемент несущего кольца (рис.1.10) соответствует плоскому образцу, высота которого d ограничивается не плитами пресса, а анкерами, которые по анало-гии с давильными плитами препятствуют поперечному расширению торцовых плоскостей сжимаемых образцов. Показатель гибкости такого образца λ = a / L_a.
  

  Рисунок 1.10 – Схема, поясняющая порядок расчета несущего кольца в приконтурном массиве

  
  

  Если такой породный элемент укрепить анкерами и расстояние между которыми а будет намного меньше длины анкеров L_a, то в несущем породном кольце вокруг выработки также должен обеспечиваться экспоненциальный рост прочности. Испытание серии образцов, армированных металлическими стержнями, показало, что наблюдается заметный прирост прочности с уменьшением показателя λ (рис. 1.11). На основании полученных результатов авторы пришли к выводу, что путем выбора соответствующего отношения расстояния между анкерами а к их длине L_a может быть достигнута прочность заанкерованного приконтурного массива обеспечивающая устойчивое состояние выработки.

  
  

  

  Рисунок 1.11 – Схема к расчету требуемого усилия закрепления анкера

  
  

  Как показали исследования, что связь между анкерной штангой и породой на сдвиг достаточно прочна, авторы предложили расчет анкерной крепи исходя из следующих положений:

  1) максимальное касательное усилие N, воспринимаемое несущим кольцом, определяется по площади F_N и прочности на одноосное сжатие σ_д;

  2) необходимая несущая способность анкера определяется по величине N и коэффициенту поперечного распора ω;

  3) величину ω определяют по результатам испытаний образцов на одноосное сжатие;

  4) прочность анкерного болта А принимается в самом слабом сечении по его длине.

  Исходя, из выше описанных положений авторами предложена зависи-мость для расчета диаметра анкера от влияющих горно-геологических и технологических факторов:

  
  

  ,мм

  (1.31)

  
  

  где ν – коэффициент запаса прочности анкера;

  σ_c – предел прочности материала анкера, МПа.

  Эта методика позволяет рассчитать несущую способность породно-анкерного приконтурного массива и требуемый диаметр анкеров, однако остаются нерешенными вопросы о характере внешнего нагружения несущего породно-анкерного кольца со стороны окружающих пород и его остаточной прочности в ходе запредельного деформирования.

  В работе [92] выполнено сравнение двух вариантов рамно-анкерной крепи на основе анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «породный массив-крепь» по компонентам напряжений и полных перемещений для рам из СВП-27 и СВП-19. Расчет компонентов НДС производился с помощью метода конечных элементов. Выполненный анализ НДС системы «крепь-массив» позволил установить, что применение более легкого профиля позволяет сократить на 30% металлоемкость и трудоемкость возведения крепи. Установлено, что в стойках рамной крепи в районе пяты свода и опоры стойки образуются области пластического течения металла, для предупреждения образования которых выполняется укрепление боков выработки анкерами длиной не менее 1,8 м. Выполненные в работе исследования не позволяют судить о механизме взаимодействия комбинированной крепи и вмещающего массива во времени, а также определить доли нагрузок, воспринимаемых отдельными составными элементами системы «рама – оболочка из укрепленных анкерами пород».

  В работе [93] на основании аналитико-экспериментального метода были получены рас-четные формулы для определения смещений контура круглой капитальной выработки при раз-личных способах ее сооружения, закрепленной металлической арочной податливой крепью, поэтапно усиливаемой металлическими анкерами набрызгбетоном с металлической сеткой и т.д. Установленные зависимости позволяют на основе минимизации смещений на контуре за счет различных вариантов усиления крепи разработать новые гибкие технологии крепления выработок на основе известных базовых конструкций, а также производить оперативное усиление крепи с использованием ресурсосберегающих технологий строительства. Приведенные расчетные зависимости не учитывают тот факт, что технический эффект, получаемый от применения усиливающих конструкций, существенно зависит от разрыва во времени между выемкой породы в забое проводимой выработки и выполнением дополнительных мероприятий по креплению. Они лишь косвенно учитывают распределение нагрузок между отдельными элементами конструкции крепления.

  В работе [94] обоснована возможность применения в качестве усиливающих элементов для рамных крепей трубчатых анкеров типа Split Set и Swellex, а также анкеров, закрепляемых расширяющимися составами. Их использование позволяет обеспечить минимальную стоимость крепления, высокую скорость установки, надежность и универсальность крепи, а также высо-кую паспортную несущую способность анкера сразу после его установки. В основу применения крепи положена идея консолидации и интеграции породный массив предлагаемой системы крепления. Эта, работа не позволяет четко разделить существующие схемы конструкции крепления на основе анкерных систем. Она не учитывают механизм взаимодействия комбинированной крепи и массива во времени.

  В работах [95,96] описана конструкция и приведены технические характеристики анкерной полимерной композиционной крепи АПК и анкерной сталеминеральной крепи АСМ, которая может быть использована для усиления традиционной рамной крепи. Представлена методика и результаты шахтных исследований несущей способности анкеров при их промышленном применении. В работе не приведены данные о механизме взаимодействия комбинированных крепей на основе анкеров АПК с вмещающим массивом, что не позволяет учесть при проектировании крепи долю нагрузки, которая воспринимается усиливающей анкерной крепью в составе системы «рама – оболочка из укрепленных анкерами пород».

  В работе [97] разработаны теоретические основы совершенствования металлических ан-керов на основе использования теории пространственно-криволинейных стержней. Получены значения напряжений деформаций анкеров при различных схемах и нагружения с помощью компьютерной программы ANSYS. Но, в работе не учитывается изменение механизма взаимо-действия анкерной крепи и вмещающего массива в зависимости от разрыва во времени между выемкой породы и возведением анкерной крепи. Это не позволяет достоверно рассчитать пара-метры усиливающей анкерной крепи.

  В работе [98] теоретически обоснована возможность повышения устойчивости вырабо-ток за счет армирования разрушенных вокруг выработки пород. Положительный эффект обес-печивается за счет создания тесной механической связи между отдельными породными фраг-ментами с помощью использования анкерных систем. Предложеный новый способ охраны вы-работок, основанный на использовании грузонесущей способности вмещающих пород путем пространственного анкерования массива. Но, предложенный в работе способ не учитывает, какая часть несущей способности вмещающих пород может быть использована при установке усиливающей анкерной крепи на различных стадиях существования выработки во времени.

  В работе [99] на основе проведенных в условиях государственной холдинговой компа-нии «Шахтерскантрацит» комплексных исследований рамно-анкерного крепления подготови-тельных выработок установлены зависимость угла несимметрии нагрузки на металлическую арочную крепь от положения очистного забоя лавы, а также теоретически обоснована возмож-ность обеспечения максимальной несущей способности металлической рамной крепью за счет установки жестко связанного с рамой анкера в точке приложения результирующего вектора внешней нагрузки. Однако, эти результаты выполненных исследований не позволяют учесть механизм взаимодействия комбинированной крепи и вмещающего массива во времени при проектировании параметров конструкции рамно-анкерного крепления.

  В работе [100] описаны результаты экспериментального определения усилия выдергива-ния сталеполимерных анкеров, установленных в подготовительных выработках шахты «Крас-ноармейская Западная №1». Испытания проводились для анкеров, установленных и эксплуати-руемых на различных участках поддерживаемых подготовительных выработках. Приведенные в работе результаты не позволяют судить о размере участка анкера, находящего в пределах зо-ны разрушенных пород, формирующейся вокруг выработки к моменту проведения испытаний. Это, в свою очередь, не позволяет судить о механизме взаимодействия комбинированной крепи и вмещающего массива во времени.

  В работе [101] разработана и апробирована методика оценки надежности анкерной ста-леполимерной крепи в условиях угольной шахты. Предложена рациональная процедура испы-таний анкерной крепи, позволяющая сократить затраты времени и труда. Приведенная в работе методика не позволяет учесть изменение несущей способности анкера при испытаниях в зави-симости от разрыва во времени между выемкой породы и установкой анкера. Это в свою оче-редь не позволяет достоверно рассчитать параметры рамно-анкерного крепления.

  В работе [102] описаны результаты шахтных испытаний новой конструкции связной рамно-анкерной крепи. Описана конструкция предложенного узла соединения анкера с рамой. Описан характер деформации узла соединения в пределах экспериментального участка. Вме-сте с тем в данной статье не содержится материалов характеризующих изменение технического эффекта от применения крепи в зависимости от разрыва во времени между выемкой породы и установкой анкерной крепи, а это не позволяет достоверно рассчитывать нагрузку на отдель-ные элементы крепежной конструкции анкерной крепи и определять их параметры.

  В работе [103] описаны результаты исследований устойчивости подготовительных вы-работок глубоких горизонтов вне зоны влияния очистных работ закрепленных рамно-анкерными крепями. Исследования были проведены на моделях их эквивалентных материалов. Исследовались следующие схемы крепления выработок: без крепи, с рамной крепью и рамной крепью усиленной соответственно одним, двумя, тремя и четырьмя анкерами длиной 3м. Проведенные исследования позволили оценить эффективность применения усиливающей анкерной крепи в подготовительных выработках. Эти исследования не позволяют учесть различие в получаемом техническом эффекте от усиления крепи при различном разрыве во времени между выемкой породы и возведения анкеров.

  В работе [104] на основе мониторинга за пластическими деформациями шайб (опорных плит) установлены особенности перераспределения работы сопротивления анкеров горному давлению в подготовительной выработке в зоне влияния очистного забоя, разработана новая методика испытаний несущей способности анкеров по работе пластической деформации сводообразной шайбы устанавливаемой под гайку. Проведены шахтные испытания по разра-ботанной методике в условиях подготовительных выработок шахты «Красноармейская Западная №1». Вместе с тем предложенная в работе методика лишь косвенно учитывает размеры зоны разрушенных пород формирующихся в массиве вокруг выработки на момент проведения испытании по выдергиванию анкеров. Это не позволяет достоверно определять несущую способность анкера и рассчитывать параметры усиливающего анкерного крепления.

  В работе [105] обоснованы параметры комбинированной крепи, условия и области ра-ционального применения на основе выполненных лабораторных и аналитических исследова-ний. Разработанная математическая модель с использованием метода начальных параметров и расчетная схема комбинированной крепи некруговой и незамкнутой конструкции, взаимодей-ствующей с массивом, позволяющая оценить напряженно-деформированное состояние элемен-тов крепи и рассчитать рациональные конструктивные ее параметры. Полученные зави-симости силовых и кинематических параметров элементов комбинированной крепи от величины коэффициента устойчивости выработки предложенного Л.М.Ерофеевым. Получена зависимость шага установки комбинированной крепи от площади поперечного сечения выработки. Выполненные в работе исследования позволяют рекомендовать в породах 2 и 3 категорий устойчивости рамно-анкерные крепи, а в породах 1 категории устойчивости анкерно-рамные крепи. Необходимо отметить, что выполненные в работе исследования не учитывают изменение механизма взаимодействия комбинированной крепи и вмещающего массива во времени не позволяют установить с учетом этого распределение нагрузок между элементами системы «рама – оболочка из укрепленных анкерами пород», что в свою очередь не позволяет достоверно рассчитать параметры крепи.

  В работе [106] авторы утверждают, что «… с применением анкеров высокой несущей способности в гонных выработках заложенных в сложных горно-геологических условиях существенно повышается устойчивость пород приконтурной зоны. При этом смещения пород кровли вне зоны влияния очистных работ не превышают 10 мм. При этом прекращается не только обрушения и расслоение пород кровли, но и пучение пород.» В действующих в настоящее время расчетных методах не учитывается, или частично учитывается (при обосновании параметров анкерной крепи) ее влияние на состояние приконтурного массива, горно-геологические и горнотехнические условия применения.

  При отношении длины анкера к ширине выработки менее 0.4 несущая породно-анкерная конструкция в виде плиты в кровле выработке не создается. Утверждается, что в случае установки анкеров приконтурный массив в котором произошли частичная или полная реализация смещений выработки и частично или полностью сформировалась зона разрушенных пород, роль анкера как формирователя опоры снижается или утрачивается. В этом случае анкера могут только удерживать нарушенные породы от обрушения. Вместе с тем в работе нет четкого разделения между существующими конструкциями комбинированных крепей на основе использования анкерных систем, а механизм взаимодействия крепи и вмещающего массива представляется достаточно примитивно и его изменения во времени практически не изучены. В работе также не содержится сведений о распределении нагрузок между составными элементами системы «рама – несущая конструкция из укрепленных пород». Это не позволяет рассчитать их параметры несущих конструкций.

  В работе [90] приведены результаты математического моделирования с помощью со-временных компьютерных программ, процессы взаимодействия рамного, анкерного, и рамно-анкерного крепления с вмещающим подготовительную выработку породным массивом. Все расчеты выполнены для случая анизатропного вмещающего массива с использованием полных диаграмм деформирования каждого элемент системы. Разработана технология создания единой ресурсосберегающей грузонесущей системы из рамного и анкерного крепления, позволяющая саморегулировать нагрузки на отдельные элементы. В работе механизм взаимодействия комби-нированной крепи с массивом описывается следующим образом. Армированная анкерами по-родная плита в кровле выработки передает нагрузку на раму и породы в боках. При этом рама благодаря конструктивной податливости «уходит» от основной части вертикальной нагрузки, воспринимая ее частично. Основная вертикальная нагрузка передается от породно-анкерной плиты на породы в боках выработки, которые частично разрушены. При этом из-за нарушенно-сти приконтурных участков в боках выработки нагрузка перераспределяется на более отдален-ные от боков выработки породы. В результате чего на отдельных участках по длине выработки размер зоны разрушений в боках увеличивается, развиваются косонаправленные смещения в боках (направленные под углом к горизонтальной плоскости) и увеличивается нагрузка на стойки рамы. Из-за недостаточного количества анкеров, установленных в боках выработки (не более 2) несущая конструкция из армированных анкерами боковых пород по высоте выработки не создается, а за счет образования в боках областей пластических деформаций боковая нагруз-ка передается на стойки рамы. [107, 108]

  Для обеспечения устойчивости деформирующихся боков горной выработки в работе предлагается следующее:

  1. Увеличить глубину и плотность анкерования для создания там грузонесущей контструкции.

  2. Повысить отпора рамной крепи боковым нагрузкам за счет создания дополни-тельных точек опоры механически связывая анкера со стойками рамы.

  Во втором случае предлагается соединять хвостовую часть анкеров (контурный замок) и стойки рам гибкими (канатными) стяжками, раскинутыми вдоль продольной оси выработки. Технический эффект от применения этого решения обеспечивается за счет уменьшения величи-ны наибольших максимумов изгибающих моментов с помощью реакции анкеров в местах кон-такта рамы со стяжками.

  В работе обоснованы конструкции механических связей анкеров и рам в единую грузо-несущую крепь, проведены их шахтные испытания. Работа содержит методику расчета подат-ливого соединения рамы с анкером. Методика предусматривает расчет натяжения гибких стя-жек, угла их наклона, положения каната при охвате стойки и хвостовика анкера. Определив натяжение анкера рассчитывают его удлинение. Задаваясь перемещением контура выработки моделируют перемещение пород на заглубленном конце анкера. Затем определяются параметры l1, δ3, l2 и β определяющие положения в пространстве каната, охватывающего стойку и хвостовик анкера и рассчитывают разрывное усилие гибкой стяжки. Выполнение условий прочности позволяет сделать вывод о пригодности (непригодности) каната данного диаметра в качестве податливой связи.

  Предложенная в работе методика расчета параметров комбинированной крепи не позволяет в полной мере установить распределение нагрузок воспринимаемых отдельными элементами в системе «рама – оболочка из укрепленных пород», что не дает возможности более точно рассчитать их параметры.

  В работе [109] приведены результаты статистического анализа результатов испытаний сталеполимерных анкеров на выдергивание в условиях шахты «Красноармейская Западная №1». Результаты испытаний позволили автору установить характерные зависимости: «усилие – перемещение», характеризующие жесткость установки анкера и получать аппрокси-мирующие зависимости. Полученные результаты позволяют оценить качество закрепления анкеров в зависимости от зазора между стенками шпура и стержнем анкера, рельефа стенок шпура, влажности вмещающих пород, температуры, и т.д.

  Приведенные в работе исходные материалы не позволяют объяснить механизм взаимо-действия элементов комбинированной крепи (анкеров) с массивом во времени, как и оценить несущую способность создаваемой породно-анкерной конструкции.

  В работе [110] изложены принципы применения анкерно-стяжной крепи на гипсовых шахтах в большепролетных выработках с плоской потолочиной. Они позволяют обеспечить ее устойчивое состояние при использовании крепи АСК.

  Проведенные позже исследования в этом направлении были проведены авторами [111], которые показали высокую эффективность рамно-анкерных крепей для поддержания выработок в аналогичных условиях при их повторном использовании. Эксперимент на шахте «Красноармейская-Западная №1» При отработке пласта d4 показал, что способ смешанного рамно-анкерного крепления може успешно применяться в условиях пологого и наклонного залегания пластов, отрабатываемых по столбовой или комбинированной системе разработки без оставления целиков угля с одновременным сооружением позади лавы со стороны выработанного пространства литой полосы, а впереди лавы со стороны массива – опорной полосы [111].

  С.Н. Стовпником [112] были проведены исследования на шахтах Западного Донбасса по использованию анкерной крепи в качестве усиления рамных конструкций. Он пришел к выводу, что можно усовершенствовать подход к проектированию выработок, выбирая параметры рамной крепи и обеспечивая несущую способность конструкции, соответствующую горному давлению в установившийся период сдвижений. Во время активных сдвижений необходимо предусмотреть возможность анкерного усиления приконтурной части массива для увеличения несущей способности системы крепь-массив до уровня нагрузок, действующих при повышенном горном давлении. Автор утверждает, что анкерное усиление достаточно эффективно, если общая несущая способность анкеров, установленных на каждой раме, соответствует величине проявления горного давления в период интенсивных сдвижений и обеспечивает снижение фактической нагрузки на раму.

  Систематические исследования механизма взаимодействия анкеров с породами кровли горных выработок начаты в середине прошлого столетия. Достигнутое понимание показало, что устойчивость породных обнажений, закрепленных анкерами, определяется в первую очередь длиной анкера, плотностью их установки, сцеплением анкера с породой и другими важными параметрами. И в начале 50-х годов стали публиковаться результаты систематических исследо-ваний механизма взаимодействия анкерной крепи со слоистыми кровлями горных выработок. Эти исследования выполнялись параллельно отечественными учеными [164-166] и специали-стами Канады [167], США [168], Германии [169], Франции [170] и других зарубежных стран с развитой горнодобывающей промышленностью.

  Типичным примером является работа [113], где с помощью метода граничных элементов и теории размерностей установлены рациональные параметры сталеполимерной крепи с инкапсуляцией (закреплением) по всей длине ее стержня. Длина анкеров принимается из сле-дующих соображений. Они не должны быть короче 60 см, так как в противном случае укреп-ляющий эффект не будет заметен. Расстояние от конца анкера до ближайшей плоскости ослаб-ления не должно быть меньше 30 см, иначе не удастся предотвратить расслоение горного массива. По существу этот параметр хорошо согласуется с вышеупомянутой величиной за-глубления замка анкера в устойчивые вышележащие породы. Если кровля представлена тонкослоистыми породами. Конец анкера должен быть закреплен за пределами этой тонкослоистой среды. Причем, если длина анкера получается больше 2,1 м, необходимо осуществлять его предварительно натяжение, в противном случае, его концевая часть не окажет заметного воздействия на напряженное состояние массива.

  С целью совершенствования предложенной методики расчет параметров комбинированной крепи предлагается применить метод конечных элементов совмещенный с методом начальных напряжений, что позволит рассматривать трансверсальный изотропный массив при упруго-пластической постановке задачи, более плотно учесть параметры применяемой рамной и анкерной крепи.

  В работе [114] рассмотренно разрушение массива вокруг подготовительных выработок с плоской кровлей начинает развиваться на участках слабых прослоев, расположенных в пределах зоны дезинтегрирующей трещиноватости с последующим перемещением материала слоя в сторону выработки. Предложено производить расчет анкерной крепи исходя из размеров свода возможного обрушения равного радиусу первой зоны дезинтеграции массива, располагая анкера по направлению радиуса зоны.

  В работе [115] разработан метод расчета напряжений в породах вокруг выработки, за-крепленной анкерами, учитывающий воздействие системы анкеров на напряженное состояние породного массива. При этом анкерная крепь и вмещающий массив рассматривается как единая деформируемая система, а воздействие анкера на массив заменяется эквивалентной системой сосредоточенных сил приложенных в отдельных близкорасположенных по отноше-нию друг к другу точках на оси стержня анкера. Полученные результаты базируются на методах теории упругости и теории аналитических функций комплексного переменного. В результате теоретического решения этой задачи получены зависимости влияния длины и плотности анкерования на форму и размеры зон неупругих деформаций формирующихся вокруг выработки.

  В работе [116] разработан метод расчета параметров анкерной крепи в выработках про-извольного сечения с использованием теории упругости. Крепь испытывает действие собственного веса пород или тектонических сил с учетом взаимного влияния анкерных стерж-ней.

  В третьей группе анализируются следующие научные работы.

  В работе [117] описаны параметры применения стяжной анкерной крепи, которая создает эффект самоподдержания пород, повышая их несущую способ-ность.

  Изучением отдельных вопросов, связанных с проектированием комбинированных крепей на основе анкерных конструкций для выработок угольных шахт в США и Канаде занимались многие исследователи. Так, обоснованием областей применения различных конструкций анкеров занимались Bieniawski [42], Peng [48-52, 54-57], Tadolini и Kock [118], Fuller [79, 119], Khair [120, 121], Gerdeen [32], Smith [172], Tang [57], Unal [39, 124]. Обоснованию глубины анкерования и диаметра анкерных штанг посвящены работы Bischoff [122], Lang [122, 123], Biron и Arioglu [125], Stankus [62, 64, 121, 173], Hoek и Brown [174,175, 126] и многие другие [127-136]. Проектированием схем расположения анкеров посвящены работы Fairhurst и Singh [137], Thomas и Jorstad [44, 138-1140], Panek и Mccormick [4]. Методики расчета усилий предварительного натяжения анкеров предложены в работах Peng [28], Franklin и Woodfield [141], Lang и Bischoff [122].

  Как показал анализ приведенных выше научных работах в качестве одного из главных параметров анкерования рассматривается угол взаимного расположения анкеров. Однако влияние предложенных анкерных систем на устойчивость вмещающего выработку массива, при различных схемам расположения анкеров в слоистом породном массиве до сих пор достаточно не изучено.

  Существующие в действующих нормативных документах рекомендации, не учитывают влияние схем размещения анкерных штанг на устойчивость выработок и предлагается использование (преимущественно) радиальную схему расположения анкеров. ЭТО лишь косвенно позволяет учесть роль крепи в поддержании выработки, не дают в полной мере раскрыть природу и суть укрепляющего эффекта от его применения. Такое представление о механизме взаимодействия анкерной крепи и массива приводят к ограничению области ее применения, как самостоятельной конструкции, второй категорией устойчивости выработок (смещение контура не превышают 200 мм) и завышению значений плотности установки анкеров, что делает применение анкерной крепи экономически не целесообразным.

  Существующие на сегодняшний день представления о роли анкерной кре-пи в составе комбинированных конструкций в процессе поддержания выработки, что она рассматривается исключительно как силовой, несущий элемент, работающий в условиях сплошного сводо- или вывалообразования, что не позволяет оценить роль крепи и ее параметров в процессе поддержания выработки.

  Несмотря на большое количество и разнообразие выполненных исследований по проблеме анкерного крепления, выбора параметров комбинированного креплении на основе использования анкерных систем в условиях конкретной шахты происходит скорее на основании накопленного практического опыта, чем научного подхода. Расчет параметров крепи ведется на заданную нагрузку. Он основан на расчете ожидаемой нагрузки на крепь, которая формируется в результате разрушения пород от контура выработки в глубину вмещающего массива и их смещений в ее полость, что противоречит основной задаче, стоящей перед комбинированной крепью – не допустить разрушений приконтурного массива. При расчете конструктивных параметров основной рамной и усиливающей – анкерной крепи не учивтывается какая доля горного давления (нагрузки), которая воспринимается каждым элементом крепления. Этот подход не только не учитывает механизм формирования нагрузки на комбинированную крепь, но и не позволяет достоверно рассчитать ее параметры с учетом изменения свойств создаваемой породно-анкерной конструкции во времени (при возведении усиливающего анкерного крепления с различным отставанием от забоя) при поддержании выработки.

  Анализ производственного опыта применения комбинированных крепей на основе анкерных систем показывает, что эти крепи обеспечивают эффективное поддержание горных выработок в случае создания в приконтурном массиве несущих породно-анкерных конструкций, которые совместно с рамными крепями воспринимают горное давление.

  В связи с этим обоснование параметров комбинированного рамно-анкерного крепления для поддержания горных выработок является актуальной научной задачей.

• 3. Цели и задачи исследований

  Обоснование темы и названия, актуальность работы:

  Запасы угля составляют 3,5% от мировых. Добыча осуществляется в 560 механизирован-ных забоях из которых половина постоянно выполняет монтажно-демонтажные работы. От со-стояния монтажных ходков зависит длительность этих работ и материально и трудовые затраты. В этой связи проведение исследований, которые направленны на установление особенностей деформирования пород, которые содержат монтажные ходки в условиях ГП «Доброполье уголь» с целью обоснования параметров низко затратных и нематериальных способов их поддержания есть актуальной научной задачей.

  Работа связанна с государственно бюджетной кафедральной темой Н 11-13 «Усовершен-ствование способов повышения стойкости горних выработок в условиях глубоких шахт.

  Цель работы – разработка новых и усовершенствование существующих способов под-держания монтажных ходков в условиях ГП «Доброполье уголь».

  Задачи исследования – анализ существующего опыта поддержания монтажных ходков. Проведение лабораторных исследований (структурные модели и модели эквивалентных мате-риалов) особенности деформирования пород, которые содержат монтажные ходки. Шахтные исследования. Разработка мероприятий по повышению устойчивости монтажных ходков.

  Объект исследований – монтажные ходки. Предмет исследования – геомеханические процессы в массиве, которые содержат монтажные выработки.

  При выполнении работы ожидается обновление-становление новых особенностей де-формирования пород, которые содержат монтажные ходки.

• 4. Список источников
  • 1. Касьян Н. Н., Петренко Ю. А., Новиков А. О. О перспективах применения анкерной крепи наугольных шахтах Донбасса //Научные труды ДонНТУ. - 2009. №10. - ст. 109-115;
  • 2. Клюев А.П. Обоснование параметров крепления подготовительных выработок податливой анкерно - рамной крепью в зоне влияния очистных работ: Дисс. кан.тех.наук./ А.П. Клюев. – Донецк. 1989. – 213 с.
  • 3. А.В. Быков. Ускорить внедрение крепей регулируемого сопротивления на шахтах Донбасса // Шахтное строительство, 1986. – № 3. – С. 3–8.
  • 4. Инструкция по применению и проектированию анкерно-металлической крепи конструкции КузНИИшахтостроя (АМК) [Текс]. – Кемерово, 1982. – 66 с .
  • 5. B.J. Buys, Р. S. Heyns, P.W. Loveday. Rock bolt condition monitoring using ultrasonic guided waves //The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. - 2009. - V. 108. -p.95-105
  • 6. В.В. Виноградов. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок. – К.: Наук. думка, 1989. – 192 с.
  • 7. Литвинский Г.Г. Кинетика хрупкого разрушения породного массива в окрестности горной выработки. / Г.Г. Литвинский. – ФЕПРПИ, 1974. – № 5. – С. 15 – 22