АНАЛІЗ НАУКОВИХ РОБІТ, З ДОСЛIДЖУВАНОI ПРОБЛЕМИ

Зміст



• 1. Аналіз наукових уявлень про взаємодію анкерного кріплення з вміщає масивом
• 2. Аналіз існуючих методик і підходів щодо визначення параметрів комбінованих кріплень на основі анкерних систем
• 3. Цілі і завдання досліджень
• 4. Перелік посилань

• 1. Аналіз наукових уявлень про взаємодію анкерного кріплення з вміщає масивом.

  Анкерне кріплення в сучасній науково-технічній літературі представляється у вигляді сукупності штанг (дерев'яних, металевих, залізобетонних, полімерних та ін.) закріплюються в шпурах (свердловинах), здатної в самостійному вигляді або у поєднанні з підтримуючими та огороджувальними конструкціями кріплення сприймати гірський тиск.

  У дослідження процесів деформування і руйнування порід навколо гірничих виробок, їх підтримки, в тому числі і анкерним кріпленням, великий внесок внесли вчені та фахівці вітчизняних та зарубіжних науково-дослідних центів в Австралії, Великобританії, Німеччині, США, Канаді і ПАР. Це роботи вчених України та країн СНД: Бабіюк Г.В., Борисова А.А., Булата А.Ф., Буличова Н.С., Виноградова В.В., Глушко В.Т , Ерофеева Л.М., Касьяна М.М., Ковалевської І.А., Махно Є.Я., Ремезова А.В., Сі - Мановича Г.А., Шашенко О.М., Широкова А.П., Толпанкороева А.Т., Чука В.К., Мельникова Н.І., Усаченко Б.М.; і вчених зарубіжних країн Айзаксона Е., Alliman G., Althonyan PFR, Bauer E., Ficek J., Fletcher R., Goris JM, Dolinar D., M. Junker, Каммера В., Коста А., лангош У., Mark C., Middendorf H., Molinda G., Ополони К., Панек Л.А., Peng S., Signer S., Скотта Д., Stankus J., Stilborg B., Thomas FM, Tingkan L., Фармера Я., Югона А., Wang Z., Якобі О. і багатьох інших.

  Викладені в цих працях уявлення про роботу анкерного кріплення, основа на теоретичних дослідженнях і досвіді її застосування можна узагальнити у вигляді наступних основних схем:

  Перша схема - це формування із шаруватих порід грузонесущей конструкції (зшивання) заснована на уявленні, що створювана в покрівлі виробки породоанкерна плита є несучою конструкцією. При цьому, що скріплюються анкерами породи відчувають стиснення, а самі анкери - розтягнення. Ця схема була запропонована Якобі [1] і була розвинена в роботах Семевського [2], Панек [3-5], Тимофєєва [6-8], Борисова [9-11] та багатьох інших [12, 13]. До першої групи схем можна віднести і опорно-анкерного кріплення [14].

  Друга схема - це схема (підшивка) заснована на тому, що частина нестійких порід, в межах формується зони не пружних деформацій (зводу обвалення) навколо вироблення прикріплюються анкерами до більш стійким породам за її межами. Вперше вона була запропонована Ф. Баки. Її прихильниками є: Л. Рабцевич, Б.К. Чука, А.П. Широков та інші [15-18].

  Третя схема - це забезпечення запобігання окремих вивалів порід покрівлі (механічне зміцнення) і застосовується в умовах міцних, але тріщинуватих порід, що вміщають як спосіб їх локального зміцнення [13]. Недоліком цієї схеми є складність отримання достовірної інформації про параметри тріщинуватості вміщають вироблення порід, а, отже, і про навантаження, на які слід розраховувати анкерне кріплення.

  Четверта схема- це схема енергетичної взаємодії породного масиву з анкерним кріпленням. Вона заснована на уявленні, що в результаті перерозподілу напружень в масиві, викликаного проведенням виробки, вивільняється потенційна енергія, що витрачається на деформування і руйнування порід, а також на подолання опору кріплення, що грає роль енергетичного компенсатора [ 19-22 ]. Запропонована схема не знайшла практичного застосування через необхідність проведення в кожному конкретному випадку значного обсягу додаткових досліджень, для отримання вхідних параметрів для розрахунку анкерного кріплення.

  П'ята схема - вона являє експериментально-аналітичне взаємодії анкерного кріплення і масиву заснована на науковому аналізі багаторічні нього виробничого досвіду застосування анкерного кріплення на вугільних шахтах [23-41]. Ці дослідження велися фахівцями в країнах з розвиненою гірничодобувною промисловістю: США, Канаді, Німеччині, Австралії, Франції та ін. [42-47]. Дослідниками досягнуто розуміння того, що стійкість породних оголень, закріплених анкерним кріпленням, визначається глибиною анкерування, щільністю установки штанг, зчепленням анкерів з породою та іншими важливими параметрами. В основу даної схеми похибна емпіричний підхід, що дозволяє як аналітично (за допомогою чисельних методів моделювання напружено-деформованого стану порід [48-57]), так і експериментально (на підставі статистичного оброблення наявного досвіду [49,58-64]), з високим ступенем достовірності прогнозувати стійкість виробок з анкерним кріпленням, розраховувати параметри кріплення, що забезпечують відсутність обвалень порід у разособистих гірничо-геологічних і гірничотехнічних умовах підтримки виробок.

  Більшість американських і канадських дослідників [23-30] використовують виключно емпіричний підхід, заснований на експертній оцінці великої кількості варіантів анкерного кріплення і вибору його параметрів шляхом визначення характерних гірничо-геологічних і гірничотехнічних показників по яких потім розраховуються параметри кріплення.

  Європейські вчені [65-68], зазвичай використовують узагальнений підхід для оцінки можливості застосування анкерного кріплення та розрахунку його параметрів, що полягає у визначенні показників якості порід покрівлі (наприклад, критерій RQD). Так, проф. Стілборг [65] розглядає в залежності від величини критерію стійкості три концепції роботи анкерного кріплення: теорія обмеженою стійкості блокової середовища, теорія створення із шаруватих порід покрівлі армованої балки і теорія арочного зводу.

  Схеми, що відносяться до п'ятої групи не знайшли застосування в нашій гірничий практиці через відсутність достатнього досвіду експлуатації анкерної крепі на шахтах України і не можливості, на даному етапі, упорядкувати і систематизувати наявні дані.

  Описані вище схеми роботи анкерного кріплення не враховують її вплив на геомеханічні процеси, що відбуваються у вміщуючому вироблення масиві, в тому числі при використанні анкерного кріплення в якості підсилюючий конструкції, що не дозволяє достовірно оцінити роль кріплення в процесі підтримання виробітки. Вони не пояснюють, в результаті чого формується навантаження на кріплення, що не дозволяє, обґрунтовано розробити метод розрахунку її параметрів.

• 2. Аналіз існуючих методик і підходів щодо визначення параметрів комбінованих кріплень на основі анкерних систем

  Різні схеми взаємодії анкерного кріплення з породним масивом і різноманітність гірничо-геологічних умов призвело до виникнення більшого числа методик розрахунку її параметрів.

  Аналіз робіт, присвячених вивченню взаємодії комбінованої кріплення та масиву, а також розробці методик розрахунку їх параметрів, дозволив авторам розділити їх на 3 великі групи:

  - Перша група робіт враховує наявність, підсилює раму, анкерного кріплення коефіцієнтом зменшення зсувів, який вводиться у формули для розрахунку очікуваних зміщень контуру виробки і залежать від щільності установки анкерів [1];

  - Друга група робіт розглядає рамну і посилює рамне кріплення як єдину грузонесущим конструкцію, конструктивні параметри якої приймаються залежно від очікуваних зміщень контуру незакріпленої вироблення, гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів, що характеризують умови її закладення [2]. Параметри комбінованої кріплення розраховуються за допомогою методу кінцевих і граничних елементів;

  - Третя група робіт розглядає рамну і посилює кріплення як єдину зв'язну конструкцію, параметри якої розраховуються теоретично з використанням методу сил [3].

  Основними розрахунковими параметрами комбінованого кріплення (анкерно-рамної і рамно-анкерної) є: номер спец профілю, з якого виготовлена рама, крок установки рамного кріплення, діаметр анкерної штанги, її активну довжину, зусилля початкового натягу, несучу здатність анкера, щільність установки анкерів і параметри , що характеризують схему їх розташування.

  У першій групі аналізуються наступні роботи.

  Ця група дослідників, які бачать роль анкерного кріплення в зміцненні бічних порід. Так, О.В. Тимофєєв [6, 69] стверджує, що анкерне кріплення при щільності установки анкерів n_s ≥ 0.7 анк/м² здатна забезпечити зміцнюючий ефект, при цьому, величина коефіцієнта зміцнення може досягати 1,5-2,0 при щільності установки анкерів 1,5-2,5 анк/м² і при величині початкового натягу 6-12 т. Величина коефіцієнта зміцнення порід анкерами була отримана ним при експериментах на моделях з еквівалентних матеріалів n_s.

  Автор вважає, що, застосовуючи анкерне кріплення, можна забезпечити таку ступінь зміцнення масиву, при якій буде попереджене утворення зони непружних деформацій (ЗНД) або зменшені її розміри. Таким чином, в результаті підвищиться стійкість виробки. Активна довжина анкера L_a визначається за умовою закріплення замка за межами ЗНД, при цьому вона приймається рівною (1.2-1.4)*a, де a – відстань між анкерами.

  Професор М.М. Касьян [70-72] вважає, що анкерне кріплення, встановлена при проведенні виробки, виконує роль армуючого елемента, що підвищує умовно-миттєву міцність порід навколо виробки. При утворенні зони зруйнованих порід вона чинить опір розширенню порід у порожнину виробки. Для підвищення ефективності анкерного кріплення автор пропонує використовувати схеми установки анкерів дозволяють перевести процес руйнування порід з умов одновісного стиску до умов двох - і тривісного стиснення.

  У результаті випробувань зразків із фосфогіпсу, армованих за схемами, наведеними на мал. 1.14, встановлений факт збільшення умовно миттєвої міцності на стиск в 1,2 і 1,6 рази при використанні 1-й і 2-й схем.

  Малюнок 1.14 Схеми армування зразків: Р - напрямок стискаючого навантаження.

  Чинним нормативним документом, що регламентує застосування анкерного кріплення на шахтах Російської Федерації [73] пропонується наступна методика розрахунку. Для прямокутної або трапецієподібної форми виробок, розрахунок параметрів анкерного кріплення (опору анкерного кріплення, довжини анкерів і їх податливості, додаткових засобів посилення) проводиться в залежності від:

  А) інтенсивності гірського тиску, визначеного з урахуванням розмірів і глибини закладення виробітку;

  Б) способу і параметрів способу її охорони від впливу очисних робіт;

  В) міцності, тріщинуватості і стійкості порід покрівлі. Як критерій інтенсивності гірського тиску приймаються розрахункові зміщення покрівлі виробки з анкерним кріпленням, що визначаються за методикою НИМИ [74, 75].

  В даний час, в Україні чинні нормативні документи [74,76-78] регламентуються аналогічний порядок розрахунку параметрів анкерного кріплення. Так, в [78] наводиться класифікація умов застосування анкерного кріплення (простий, посиленої і могутньою), що, враховує очікувані зміщення порід покрівлі в не закріпленою виробленні, міцність порід покрівлі, термін служби вироблення, положення вироблення щодо меж виробленого простору і її призначення, потужність порід безпосередньої покрівлі, склад і властивості порід основної покрівлі, у т.ч., наявність у ній прошарків вугілля і пісковику, наявність геологічних порушень під вміщає масиві.

  Параметри ж анкерного кріплення (форма поперечного перерізу виробки, відстань між анкерами, кут їх нахилу, довжина анкерних штанг і їх діаметр) пропонується вибирати без розрахунку, з таблиць, в залежності від вище наведених класифікаційних ознак, крихкості і міцності порід покрівлі, величини попереднього натягу, ширини виробки, діаметра анкера і т. д..

  У розробленій методиці (СОУ по анкерному кріпленню - 2009)

  Параметри анкерного кріплення у виробках арочної форми визначаються за емпіричними формулами [142] в наступній послідовності:

  1. Визначається оптимальна глибина анкерування.

  2. Визначається оптимальний крок установки армополімерних анкерів як в рядах, так і анкерних рядів один щодо одного.

  3. Проводиться розрахунок кутів нахилу кінцевих анкерів в анкерних рядах, в тому числі зміцнювальних безпосередню покрівлю та грунт пластів.

  4. Розраховуються зсуву і відносні параметри конвергенції в заанкерованному масиві з урахуванням відносного подовження анкерних штанг. Розрахунок ведеться диференційовано для різних періодів підтримки вироблення, з урахуванням відносної конвергенції порід покрівлі виробки у цьому періоді підтримки при скріпленому анкерами при контурного масиві, глибини анкерування, висоти виробки в проходці, товщини порід при контурного масиву вироблення, що беруть участь у формуванні зсувів скріплених анкерами порід покрівлі.

  5. Визначають очікувану мінімальну товщину заанкерованного шару порід у розглянутому періоді підтримки вироблення. У разі якщо розрахована товщина заанкерованного грузонесущего породного шару складає менше відстані між анкерами в ряду або між рядами, подальший розрахунок зсувів припиняється

  6. Виконується розрахунок несучої здатності анкерного кріплення в комбінованих системи кріплення виробок (для кожного періоду підтримки виробітку). Для цього, попередньо, по номограмі визначається коефіцієнт зміцнення порід у межах грузонесущего, армованого анкерами шару, в залежності від показника гнучкості частини породного масиву, укладеного між анкерами. Потім розраховується несуча здатність анкерного кріплення у виробці.

  7. Визначається периметр контуру покрівлі виробки, що підлягає анкерування з урахуванням розмірів виробітку, потужності пласта і величини нижньої підривання порід. Для виробок з плоским оголенням покрівлі, несуча здатність анкерного кріплення визначається за емпіричною формулою, з урахуванням глибини анкерування порід, ширини виробки в проходці, несучої здатності анкерних штанг, коефіцієнта зміцнення порід у межах заанкерованного шару і відстані між анкерами в ряду.

  8. Очікувана навантаження на кріплення визначається висотою зводу расслоївшихся порід покрівлі виробки у всіх періодах підтримки вироблення і розраховується за формулою М.М. Протод'яконова.

  На практиці залишаються нерозглянутими питання, пов'язані з диференційованим розрахунком несучої здатності і параметрів окремих елементів комбінованої кріплення, а також питання, пов'язані з технічною ефективністю рамно-анкерного кріплення при установці анкерів з різним розривом у часі між виїмкою породи і установкою анкерного кріплення.

  У роботі [143] стверджується, що роль анкерів в комбінованій рамно-анкерного кріплення є вторинною і зводиться до поліпшення умов роботи рамного кріплення. Анкерне кріплення знижує деформації вміщуючих порід, зміцнюючи їх і створює несучу конструкцію з армованих анкерами порід у покрівлі пласта.

  Аналіз результатів шахтних спостережень і накопиченого досвіду на вітчизняних шахтах [144-146] показав, що в умовах стійких порід і на глибинах до 600 м застосування рамно-анкерного кріплення забезпечує істотно підвищення стійкості виробок і зниження витрати кріпильних матеріалів в 1,5-2 рази [147].

  Комбіноване рамно-анкерне кріплення розраховується на основі розроблених методик і нормативних документів [148-152]. Створювана в штреку конструкція повинна забезпечити необхідну несучу здатність і перешкоджати зміщення порід. Залежно від схем установки рамно- анкерного кріплення виконують такі заходи:

  А) визначають параметри і зводять базову кріплення при проходці;

  Б) визначають характеристики і зводять додаткове кріплення з урахуванням показників стану вугля породного масиву навколо виробки, схильною до впливу відпрацьовується лави;

  В) здійснюють вибір параметрів управління станом породного масиву навколо укріпленої виробітку для її повторного використання.

  Американські дослідники рекомендують застосовувати суто емпіричний підхід, заснований на експертній оцінці великого числа варіантів кріплення і вибору параметрів анкерного кріплення шляхом виділення характерних гірничо-геологічних ознак і гірничо-технічних показників для своїх умов, згідно з якими потім визначаються параметри кріплення [153-160].

  Необхідно відзначити використання показника якості порід покрівлі широко застосовується в європейських країнах при виборі параметрів паспорта анкерного кріплення. Як типовий приклад можна назвати статті [161-163], де детально описана вся технологія аналізу гірничо-геологічних умов вибору та обґрунтування параметрів паспорта кріплення підготовчих виробок за допомогою сталеполімерной анкерного кріплення на одній з польських вугільних шахт.

  У роботі [171] на підставі шахтних інструментальних спостережень отримані графіки зміщення контурних реперів, закладених в межах ділянок, закріплених анкерним кріпленням в межах зони опорного тиску попереду лави. Це дозволило автору встановити раціональні межі зони установки анкерів попереду лави і параметри їх закладення, що дозволяють знизити зміщення порід і не допустити розшарування порід покрівлі. Для умов шахти «Воркутавугілля» отримана емпірична залежність для визначення зміщення масиву залежно від відстані від контуру до досліджуваної точки масиву по довжині шпуру, кута між напрямком шпура і нашаруванням порід, часу враховує положення очисного вибою на момент анкерування.

  У методиках і рекомендаціях науково-технічній літературі параметри анкерного кріплення визначаються зазвичай по емпірично формулами, отриманим на підставі багаторічного досвіду застосування анкерів, а також відповідно до рекомендацій, що регламентують параметри анкерного кріплення для різних видів підземних споруд [179, 180, 181, 184, 185, 91].

  У цих роботах встановлено, що при постійному натягу анкерів, створювані в них зусилля впливають на масив, утворюючи в ньому більш-менш рівномірне поле стискають напруги, що підвищують стійкість підкріпленої виробітку. [177,178, 182, 183,186,1].

  
  

  У другій групі аналізуються наступні наукові роботи:

  А. Югон, А. Кост [80] виділяють два випадки застосування анкерного кріплення в якості підсилює конструкції:

  1. Анкери встановлюються до утворення навколо виробки зони знижених напруг.

  2. Анкери встановлюються після або під час пониження напруг.

  При цьому автори рекомендують прагнути до першого випадку.

  Робота анкерів зводиться до утворення зони стиснення в породі на глибину. Таким чином, навколо виробки або над нею утворюється кільцева зона або її частина завтовшки. Стиснення порід в цій зоні збільшує їх опір виникають зусиллям.

  Для пояснення своїх поглядів автори використовують теорію Мора. Коло Мора, що відображає стан породи відразу після проведення виробки будується, як зазначено на рис. 1.9 (коло позначений суцільною лінією). Якщо анкерне кріплення забезпечує нормальне напруження на поверхні виробки, рівне n₀, то коло Мора стає кругом, позначеним пунктирною лінією. Якщо зусилля n₀ збільшується, коло зменшується і стійкість зростає. У породі не виникає трещинообразование, і не може розвиватися зниження напруги.

  Малюнок 1.9 – Схема до розрахунку параметрів кріплення: 1- коло Мора після проведення виробки; 2-коло Мора після установки анкерного кріплення; 3-огинаєкрива.

  Як видно, анкерне кріплення породи веде до утворення навколо виробки зони товщиною, що складається з арок або кілець, скріплених один з одним, яка витримує гірський тиск.

  Кількість анкерів на 1 м² визначається як

  (1.23)

  де f – зусилля натягу в покрівлі, кН;

  n_ш – Розрахунковий натяг одного анкера т/м².

  Довжина анкера при цьому повинна бути більше зони поширення тангенціальних напружень, тобто слід прагнути до якомога більшій довжині анкерів, але в розумних межах.

  У своїх роботах [ 2 ] В.М. Семевский довів, що анкерне кріплення, встановлювана відразу після виїмки породи в забої, зміцнює шарувату або одношарову тріщинувату середу, перетворюючи її на складову балку. Вона забезпечує збереження породами безпосередньої покрівлі природних сил зчеплення і додає до них опір матеріалу штанг.

  Для схеми освіти з порід покрівлі несучої балки , він пропонує наступну методику визначення параметрів анкерного кріплення для кріплення тріщинуватих порід.

  1. Визначається необхідна товщина породної плити, здатної забезпечити стійкість закріпленої анкерами покрівлі.

  2. Визначається активна довжина анкера L_a

  
  

  L_a=L₁+0.5*a+L₃(1.24)

  
  

  де L₁ – необхідна товщина породної плити, м;

  a – відстань між анкерами, м;

  L₃ – довжина виступаючої у вироблення частини анкера, м.

  3. Визначається відстань між анкерами. При цьому має виконуватися умова a ≤ 0.7L_a. Відстань між анкерами має бути таким, щоб забезпечити стійкість закріпленої товщі порід на зсув по похилих або горизонтальним площинам.

  Дослідники Бабіюк Г.В. і Леонов А.А. [ 81-85 ] пропонують підхід до розрахунку параметрів анкерного кріплення, заснований на формуванні в покрівлі виробки породно-анкерної конструкцій за допомогою попереднього ущільнення расслоившихся порід гідростойкамі з подальшою установкою анкерів і рамного кріплення з розпором. Випробуваннями на моделях «масив - анкера» в умов не равнокомпонентного стиснення отримані повні діаграми деформування і встановлено, що за рахунок анкерування, а в зруйнованих породах - ущільнення і анкерування, можна змінювати деформаційні властивості масиву і якісно перетворювати його позамежне поведінку. Запропонована ними методика розрахунку параметрів анкерного кріплення враховує коефіцієнт тріщинуватості порушеного масиву і технологічні параметри кріплення.

  В.П. Сажнєв [86] у своїй розглядає анкерне кріплення як спосіб, що дозволяє більш ефективно використовувати ефект саморасклініванія гірських порід. На його думку, анкери повинні мати просторове розташування, що дозволить згладити нерівномірність конвергенції по довжині виробки, яка викликана різнозначний рухом порід уздовж осі виробки. Кут установки анкерів, відповідно до рекомендацій автора, змінюється від 5 до 40 градусів.

  У роботах [87,88], на підставі лабораторних випробувань на вигин фізичних моделей породно-анкерних конструкцій з шарів анізотропних порід отримані їх нагрузочно-деформаційні характеристики для деяких схем армування порід масиву. Встановлено, що нагрузочно-деформаційні характеристики конструкцій залежать від потужності і міцності шарів, що складають безпосередню покрівлю і ширини виробки. Експериментально доведено, що підвищення щільності анкерування вище деякого критичного значення призводить до зниження несучої здатності створюваної породно-анкерної конструкції.

  У науковій роботі [108] встановлено, що просторове розміщення в породах армуючих систем дозволяє управляти процесами деформування і руйнування порід. У роботі сформульовані нова концепція застосування анкерних породо-армуючих систем дозволяє максимально використовувати несучу здатність породного масиву, заснована на виборі такої схеми армування при мінімальній кількості анкерів, щоб масив не руйнувався або руйнувався в заданих межах. Встановлено особливості механізму деформування породо-анкерних конструкцій поза зоною впливу очисних робіт і в зоні впливу очисних робіт. Розроблено методи розрахунку породно-анкерной конструкції дозволяють визначити параметри комбінованої анкерно-рамного кріплення. Однак у цій роботі не розглянуто питання пов'язані з деформуванням масиву в разі коли анкерне кріплення встановлюється з відставанням від вибою виробки.

  Методика, розроблена німецьким ученим Х.О. Лютгендорфом [1], показує, що при окремому кріпленні утворюється несучий звід, що складається з приконтурного породного масиву і працюють на розтяг радіально розташованих анкерних штанг. Ефективна товщина подібного комбінованого несучого зводу d дорівнює довжині анкерів L за вычетом за вирахуванням відстані між анкерами e:

  
  

  d = L - e (1.25)

  
  

  Діючі на анкерні штанги розтягують зусилля А створюють рівномірно-розподілене радіальне тиск σ_r у межах породної оболонки товщиною d:

  
  

  σ_r=A/e² (1.26)

  
  

  Передбачається, що несуча здатність масиву зростає на величину Δσ₁ в напрямку, перпендикулярному до напрямку найменшого головного напруги, спровокованого додатковим напругою стиснення: Δσ₃=Δσ_r;Δσ₁=Δσ₃=a₁Δσ_r. При збільшенні радіального напруги на Δσ_r тангенціальна напруга зростає на величину Δσ_t, а саме в a₁ раз:

  
  

  a₁=tg₂(45°+p/2).(1.27)

  У ненарушенном масиві параметр p є кутом внутрішнього тертя, а в порушеному - кутом тертя по площинах зрізу (або зсуву). Додаткове підтримує зусилля породної оболонки укріпленої анкерами знаходиться з виразу:

  
  

  (1.28)

  
  

  Додатковий опір p на зовнішньому радіусі r_a укріпленої породної оболонки визначається за формулою:

  
  

  (1.29)

  
  

  Несуча здатність породної оболонки залежить від кута внутрішнього тертя – p, несучої здатності анкера – A, його довжини – L, відстані між анкерами – e і еквівалентного радіуса виробки – r₀.

  За даними досліджень Лютгендорфа Х.О., власна несуча здатність порід в околиці вироблення невелика і визначається остаточний міцністю на стиск, яка становить 100-200 кН/м². Анкерне кріплення сприяє більш високому додатковому опору порід. У разі якщо несуча здатність скріпленої анкерами породної оболонки недостатня, то в породах утворюються злами по площинах зсуву, що призводить до зменшення поперечного перерізу виробки і подовженню анкерів. Здатність анкерів до подовження повинна бути пристосована до деформування породного масиву. При утворенні зони зруйнованих порід ефективність анкерного кріплення встановленої в радіальному напрямку значно знижується.

  Розрахунок параметрів анкерного кріплення за методикою О.Натау і В.Ляйхніца [1,89] заснований на встановленні залежності міцності породних зразків від показника гнучкості λ. Під показником гнучкості розуміється відношення між висотою зразка і його діаметром. Виконані авторами дослідження показують, що міцність зразків на одноосьовий стиск зростає по експоненційної залежності при зменшенні λ:

  
  

  σ_д/β_д=1+Bλ-n (1.30)

  
  

  де σ_д – міцність зразка на одноосьовий стиск при λ≠1;

  β_д – те ж, при λ=1.0;

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

  Елемент несучого кільця (мал.1.10) відповідає плоскому зразком, висота якого d обмежується не плитами преса, а анкерами, які за аналогією з давильних плитами перешкоджають поперечному розширенню торцевих площин стискуваних зразків. Показник гнучкості такого зразка λ = a / L_a.
  

  Малюнок 1.10 – Схема, що пояснює порядок розрахунку несучого кільця у при контурному масиві

  
  

  Якщо такий породний елемент зміцнити анкерами і відстань між якими буде набагато менше довжини анкерів L_a, то в несучому породному кільці навколо виробки також повинен забезпечуватися експоненціальне зростання міцності. Випробування серії зразків, армованих металевими стрижнями, показало, що спостерігається помітний приріст міцності із зменшенням показника λ (мал. 1.11). На підставі отриманих результатів автори дійшли висновку, що шляхом вибору відповідного ставлення відстані між анкерами а до їх довжини L_a може бути досягнута міцність заанкерованного приконтурного масиву забезпечує стійкий стан виробки.

  
  

  

  Малюнок 1.11 – Схема до розрахунку необхідного зусилля закріплення анкера

  
  

  Як показали дослідження, що зв'язок між анкерної штангою і породою на зрушення досить міцна, автори запропонували розрахунок анкерного кріплення виходячи з таких положень:

  1) максимальне дотичне зусилля N, сприймається несучим кільцем, визначається за площею F_N міцності на одноосьовий стиск σ_д;

  2) необхідна несуча здатність анкера визначається за величиною N і коефіцієнту поперечного распора ω;

  3) величину ω за результатами випробувань зразків на одноосьовий стиск;

  4) міцність анкерного болта А приймається в самому слабкому перетині по його довжині.

  Виходячи, з вище описаних положень авторами запропонована залежність для розрахунку діаметра анкера від впливають гірничо-геологічних і технологічних факторів:

  
  

  ,мм
  

  (1.31)

  
  

  де ν – коефіцієнт запасу міцності анкера;

  σ_c – межа міцності матеріалу анкера, МПа.

  Ця методика дозволяє розрахувати несучу здатність породно-анкерного приконтурного масиву і необхідний діаметр анкерів, проте залишаються невирішеними питання про характер зовнішнього навантаження несучого породно-анкерного кільця з боку оточуючих порід і його залишкової міцності в ході позамежного деформування.

  В роботі [92] виконано порівняння двох варіантів рамно-анкерного кріплення на основі аналізу напружено-деформованого стану (НДС) системи «породний масив - кріплення» по компонентах напруги і повних переміщень для рам з СВП-27 і СВП-19. Розрахунок компонентів ПДВ проводився за допомогою методу скінченних елементів. Виконаний аналіз НДС системи «кріплення - масив» дозволив встановити, що застосування більш легкого профілю дозволяє скоротити на 30% металоємність і трудомісткість зведення кріплення. Встановлено, що в стійках рамного кріплення в районі п'яти зводу і опори стійки утворюються області пластичної течії металу, для попередження утворення яких виконується зміцнення боків виробки анкерами довжиною не менше 1,8 м. Виконані в роботі дослідження не дозволяють судити про механізм взаємодії комбінованої кріплення та вмiщуючего масиву в часі, а також визначити частки навантажень, які сприймаються окремими складовими елементами системи «рама - оболонка з укріплених анкерами порід».

  В роботі [93] на підставі аналітико - експериментального методу були отримані розрахункові формули для визначення зсувів контуру круглої капітальної виробки при різних способах її спорудження, закріпленої металевої арковим податливою кріпленням, поетапно підсилюванні металевими анкерами набризкбетоном з металевою сіткою і т.д. Встановлені залежності дозволяють на основі мінімізації зміщень на контурі за рахунок різних варіантів посилення кріплення розробити нові гнучкі технології кріплення виробок на основі відомих базових конструкцій, а також виробляти оперативне посилення кріплення з використанням ресурсозберігаючих технологій будівництва. Наведені розрахункові залежності не враховують той факт, що технічний ефект, одержуваний від застосування підсилюють конструкцій, істотно залежить від розриву в часі між виїмкою породи в забої виробки і виконанням додаткових заходів по кріпленню. Вони лише побічно враховують розподіл навантажень між окремими елементами конструкції кріплення.

  В роботі [94] обґрунтовано можливість застосування як підсилюють елементів для рамних кріплень трубчастих анкерів типу Split Set і Swellex, а також анкерів, що закріплюються розширюються складами. Їх використання дозволяє забезпечити мінімальну вартість кріплення, високу швидкість установки, надійність і універсальність кріплення, а також високу паспортну несучу здатність анкера відразу після його встановлення. В основу застосування кріплення покладена ідея консолідації та інтеграції породний масив пропонованої системи кріплення. Ця, робота не дозволяє чітко розділити існуючі схеми конструкції кріплення на основі анкерних систем. Вона не враховують механізм взаємодії комбінованої кріплення та масиву в часі.

  У роботах [95,96] описана конструкція і наведені технічні характеристики анкерної полімерної композиційної кріплення АПК і анкерної сталемінеральной кріплення АСМ, яка може бути використана для посилення традиційної рамного кріплення. Представлена методика і результати шахтних досліджень несучої здатності анкерів при їх промисловому застосуванні. У роботі не наведено дані про механізм взаємодії комбінованих кріплень на основі анкерів АПК з вміщає масивом, що не дозволяє врахувати при проектуванні кріплення частку навантаження, яка сприймається підсилює анкерним кріпленням у складі системи «рама - оболонка з укріплених анкерами порід».

  В роботі [97] розроблено теоретичні основи вдосконалення металевих анкерів на основі використання теорії просторово - криволінійних стрижнів. Отримано значення напруги деформацій анкерів при різних схемах і навантажування з допомогою комп'ютерної програми ANSYS. Але, в роботі не враховується зміна механізму взаємодії анкерного кріплення і вміщає масиву залежно від розриву в часі між виїмкою породи і зведенням анкерного кріплення. Це не дозволяє достовірно розрахувати параметри підсилює анкерного кріплення.

  В роботі [98] теоретично обґрунтована можливість підвищення стійкості виробок за рахунок армування зруйнованих навколо виробки порід. Позитивний ефект забезпечується за рахунок створення тісного механічного зв'язку між окремими породними фрагментами за допомогою використання анкерних систем. Запропонований новий спосіб охорони виробок, заснований на використанні грузонесущей здатності вміщають порід шляхом просторового анкерування масиву. Але, запропонований у роботі спосіб не враховує, яка частина несучої здатності вміщуючих порід може бути використана при установці підсилює анкерного кріплення на різних стадіях існування вироблення в часі.

  В роботі [99] на основі проведених в умовах державної холдингової компанії «Шахтарськантрацит» комплексних досліджень рамно-анкерного кріплення підготовчих виробок встановлені залежність кута несиметрії навантаження на металеву арочне кріплення від положення очисного вибою лави, а також теоретично обгрунтовано можливість забезпечення максимальної несучої здатності металевої рамної кріпленням за рахунок установки жорстко пов'язаного з рамою анкера в точці прикладання результуючого вектора зовнішнього навантаження. Однак, ці результати виконаних досліджень не дозволяють врахувати механізм взаємодії комбінованої кріплення та вміщує масиву в часі при проектуванні параметрів конструкції рамно- анкерного кріплення.

  У роботі [100] описані результати експериментального визначення зусилля висмикування сталеполімерних анкерів, встановлених у підготовчих виробках шахти «Червоноармійська Західна №1». Випробування проводилися для анкерів, встановлених і експлуатованих на різних ділянках підтримуваних підготовчих виробках. Наведені в роботі результати не дозволяють судити про розмір ділянки анкера, що знаходить у межах зони зруйнованих порід, що формується навколо виробки до моменту проведення випробувань. Це, в свою чергу, не дозволяє судити про механізм взаємодії комбінованої кріплення та вміщує масиву в часі.

  У роботі [101] розроблено та апробовано методику оцінки надійності анкерної сталеполімерной кріплення в умовах вугільної шахти. Запропоновано раціональну процедура випробувань анкерного кріплення, що дозволяє скоротити витрати часу та праці. Наведена в роботі методика не дозволяє врахувати зміну несучої здатності анкера при випробуваннях залежно від розриву в часі між виїмкою породи і установкою анкера. Це, в свою чергу не дозволяє достовірно розрахувати параметри рамно-анкерного кріплення.

  У роботі [102] описані результати шахтних випробувань нової конструкції зв'язковий рамно-анкерного кріплення. Описана конструкція запропонованого вузла з'єднання анкера з рамою. Описано характер деформації вузла з'єднання в межах експериментальної ділянки. Разом з тим в даній статті не міститься матеріалів характеризують зміну технічного ефекту від застосування кріплення в залежності від розриву в часі між виїмкою породи і установкою анкерного кріплення, а це не дозволяє достовірно розраховувати навантаження на окремі елементи кріпильної конструкції анкерного кріплення і визначати їх параметри.

  У роботі [103] описані результати досліджень стійкості підготовчих виробок глибоких горизонтів поза зоною впливу очисних робіт закріплених рамно-анкерного кріплення. Дослідження були проведені на моделях їх еквівалентних матеріалів. Досліджувалися наступні схеми кріплення виробок: без кріплення, з рамною кріпленням і рамної кріпленням посиленою відповідно одним, двома, трьома і чотирма анкерами довжиною 3м. Проведені дослідження дозволили оцінити ефективність застосування підсилює анкерного кріплення в підготовчих виробках. Ці дослідження не дозволяють врахувати відмінність в одержуваному технічному ефекті від посилення кріплення при різному розриві у часі між виїмкою породи і зведення анкерів.

  У роботі [104] на основі моніторингу за пластичними деформаціями шайб (опорних плит) встановлені особливості перерозподілу роботи опору анкерів гірському тиску в підготовчій виробці в зоні впливу очисного забою, розроблена нова методика випробувань несучої здатності анкерів по роботі пластичної деформації сводообразно шайби встановлюваної під гайку. Проведено шахтні випробування за розробленою методикою в умовах підготовчих виробок шахти « Червоноармійська Західна № 1 ». Разом з тим запропонована в роботі методика лише побічно враховує розміри зони зруйнованих порід формуються в масиві навколо виробки на момент проведення випробуванні за висмикування анкерів. Це не дозволяє достовірно визначати несучу здатність анкера і розраховувати параметри підсилюючого анкерного кріплення.

  У роботі [105] обґрунтовано параметри комбінованої кріплення, умови та області раціонального застосування на основі виконаних лабораторних та аналітичних досліджень. Розроблена математична модель з використанням методу початкових параметрів і розрахункова схема комбінованої кріплення некругової і незамкненою конструкції, яка взаємодіє з масивом, що дозволяє оцінити напружено-деформований стан елементів кріплення і розрахувати раціональні конструктивні її параметри. Отримані залежності силових і кінематичних параметрів елементів комбінованої кріплення від величини коефіцієнта стійкості виробки запропонованого Л.М.Ерофеевим. Одержано залежність кроку установки комбінованого кріплення від площі поперечного перерізу виробки. Виконані в роботі дослідження дозволяють рекомендувати в породах 2 і 3 категорій стійкості рамно-анкерного кріплення, а в породах 1 категорії стійкості анкерно-рамні кріплення. Необхідно відзначити, що виконані в роботі дослідження не враховують зміну механізму взаємодії комбінованої кріплення та вміщує масиву в часі не дозволяють встановити з урахуванням цього розподіл навантажень між елементами системи «рама - оболонка з укріплених анкерами порід», що в свою чергу не дозволяє достовірно розрахувати параметри кріплення.

  У роботі [106] автори стверджують, що «... із застосуванням анкерів високої несучої здатності в гірничих виробках закладених в складних гірничо-геологічних умовах істотно підвищується стійкість порід приконтурної зони. При цьому зміщення порід покрівлі поза зоною впливу очисних робіт не перевищують 10 мм. При цьому припиняється не тільки обвалення і розшарування порід покрівлі, але і пучення порід.» У діючих в даний час розрахункових методах не враховується, або частково враховується (при обґрунтуванні параметрів анкерного кріплення) її вплив на стан приконтурного масиву, гірничо-геологічні та гірничотехнічні умови застосування.

  При відношенні довжини анкера до ширини вироблення менш 0.4 несуча породно-анкерна конструкція у вигляді плити в покрівлі виробленні не створюється. Стверджується, що в разі установки анкерів приконтурного масив в якому відбулися часткова або повна реалізація зсувів вироблення і частково або повністю сформувалася зона зруйнованих порід, роль анкера як формувача опори знижується або втрачається. У цьому випадку анкера можуть тільки утримувати порушені породи від обвалення. Разом з тим у роботі немає чіткого поділу між існуючими конструкціями комбінованих кріплень на основі використання анкерних систем, а механізм взаємодії кріплення і вміщає масиву представляється досить примітивно і його зміни в часі практично не вивчені. У роботі також не міститься відомостей про розподіл навантажень між складовими елементами системи «рама - несуча конструкція з укріплених порід». Це не дозволяє розрахувати їх параметри несучих конструкцій.

  В роботі [90] наведені результати математичного моделювання за допомогою сучасних комп'ютерних програм, процеси взаємодії рамного, анкерного, і рамно-анкерного кріплення з вміщає підготовчу вироблення породним масивом. Всі розрахунки виконані для випадку анізатропного вмещающего масиву з використанням повних діаграм деформування кожного елемент системи. Розроблено технологію створення єдиної ресурсозберігаючої грузонесущей системи з рамного і анкерного кріплення, що дозволяє саморегулировать навантаження на окремі елементи. У роботі механізм взаємодії комбінованої кріплення з масивом описується таким чином. Армована анкерами породна плита в покрівлі виробки передає навантаження на раму і породи в боках. При цьому рама завдяки конструктивній податливості «йде» від основної частини вертикального навантаження, сприймаючи її частково. Основна вертикальне навантаження передається від породно-анкерної плити на породи в боках виробки, які частково зруйновані. При цьому через нарушенности приконтурних ділянок в боках виробки навантаження перерозподіляється на віддаленіші від боків вироблення породи. В результаті чого на окремих ділянках по довжині виробки розмір зони руйнувань в боках збільшується, розвиваються косонаправленном зміщення в боках (спрямовані під кутом до горизонтальної площини) і збільшується навантаження на стійки рами. Через недостатню кількість анкерів, встановлених в боках виробки (не більше 2) несуча конструкція з армованих анкерами бічних порід по висоті виробітку не створюється, а за рахунок утворення в боках областей пластичних деформацій бічна навантаження передається на стійки рами. [107, 108]

  Для забезпечення стійкості деформуються боків гірничої виробки в роботі пропонується наступне:

  1. Збільшити глибину і щільність анкерування для створення там грузонесущей контструкціі .

  2. Підвищити відсічі рамного кріплення бічних навантажень за рахунок створення додаткових точок опори механічно пов'язуючи анкера зі стійками рами.

  У другому випадку пропонується з'єднувати хвостову частину анкерів (контурний замок) і стійки рам гнучкими (канатними) стяжками, розкинутими уздовж поздовжньої осі виробки. Технічний ефект від застосування цього рішення забезпечується за рахунок зменшення величини найбільших максимумів згинальних моментів за допомогою реакції анкерів в місцях контакту рами зі стяжками.

  У роботі обґрунтовані конструкції механічних зв'язків анкерів і рам в єдину грузонесущим кріплення, проведені їх шахтні випробування. Робота містить методику розрахунку податливого з'єднання рами з анкером. Методика передбачає розрахунок натягу гнучких стяжок, кута їх нахилу, положення каната при охопленні стійки і хвостовика анкера. Визначивши натяг анкера розраховують його подовження. Переймаючись переміщенням контуру виробки моделюють переміщення порід на заглубленном кінці анкера. Потім визначаються параметри l1, δ3, l2 и β визначають положення в просторі каната, що охоплює стійку і хвостовик анкера і розраховують розривне зусилля гнучкою стяжки. Виконання умов міцності дозволяє зробити висновок про придатність (непридатність) каната даного діаметра в якості податливою зв'язку.

  Запропонована в роботі методика розрахунку параметрів комбінованої кріплення не дозволяє повною мірою встановити розподіл навантажень сприймаються окремими елементами в системі «рама - оболонка з укріплених порід», що не дає можливості більш точно розрахувати їх параметри.

  У роботі [109] наведені результати статистичного аналізу результатів випробувань сталеполімерних анкерів на висмикування в умовах шахти «Червоноармійська Західна № 1». Результати випробувань дозволили автору встановити характерні залежності: «зусилля - переміщення», що характеризують жорсткість установки анкера і отримувати апроксимуючі залежності. Отримані результати дозволяють оцінити якість закріплення анкерів залежно від зазору між стінками шпуру і стрижнем анкера, рельєфу стінок шпуру, вологості порід, що вміщають, температури, і т.д. Наведені в роботі вихідні матеріали не дозволяють пояснити механізм взаємодії елементів комбінованої кріплення (анкерів) з масивом в часі, як і оцінити несучу здатність створюваної породно-анкерної конструкції.

  У роботі [110] викладено принципи застосування анкерно-стягнутий кріплення на гіпсових шахтах в великопролітних виробках з плоскою стелиною. Вони дозволяють забезпечити її стійкий стан при використанні кріплення АСК.

  Проведені пізніше дослідження в цьому напрямку були проведені авторами [111], які показали високу ефективність рамно-анкерних кріплень для підтримки виробок в аналогічних умовах при їх повторному використанні. Експеримент на шахті «Червоноармійська – Західна №1». При відпрацюванні пласта d4 показав, що спосіб змішаного рамно-анкерного кріплення може успішно застосовуватися в умовах пологого і похилого залягання пластів, що відпрацьовуються по стовпової або комбінованій системі розробки без залишення ціликів вугілля з одночасним спорудженням позаду лави з боку виробленого простору литий смуги, а попереду лави з боку масиву - опорної смуги [111].

  С.Н. Стовпник [112] були проведені дослідження на шахтах Західного Донбасу з використання анкерного кріплення в якості посилення рамних конструкцій. Він дійшов висновку, що можна вдосконалити підхід до проектування виробок, вибираючи параметри рамного кріплення і забезпечуючи несучу здатність конструкції, відповідну гірському тиску в сталий період зрушень. Під час активних зрушень необхідно передбачити можливість анкерного посилення приконтурної частині масиву для збільшення несучої здатності системи кріплення-масив до рівня навантажень, що діють при підвищеному гірському тиску. Автор стверджує, що анкерне посилення досить ефективно, якщо загальна несуча здатність анкерів, встановлених на кожній рамі, відповідає величині прояви гірського тиску в період інтенсивних зрушень і забезпечує зниження фактичного навантаження на раму.

  Систематичні дослідження механізму взаємодії анкерів з породами покрівлі гірничих виробок розпочаті в середині минулого сторіччя. Досягнуте розуміння показало, що стійкість породних оголень, закріплених анкерами, визначається в першу чергу довжиною анкера, щільністю їх установки, зчепленням анкера з породою та іншими важливими параметрами. І на початку 50-х років стали публікуватися результати систематичних досліджень механізму взаємодії анкерного кріплення зі шаруватими покрівлями гірничих виробок. Ці дослідження виконувалися паралельно вітчизняними вченими [164-166] і фахівцями Канади [167], США [168], Німеччини [169], Франції [170] та інших зарубіжних країн з розвиненою гірничодобувною промисловістю.

  Типовим прикладом є робота [113], де за допомогою методу граничних елементів і теорії розмірностей встановлені раціональні параметри сталеполімерной кріплення з инкапсуляцией (закріпленням) по всій довжині її стрижня. Довжина анкерів приймається з таких міркувань. Вони не повинні бути коротше 60 см, тому що в противному випадку зміцнюючий ефект не буде помітний. Відстань від кінця анкера до найближчої площині ослаблення не повинно бути менше 30 см, інакше не вдасться запобігти розшарування гірського масиву. По суті цей параметр добре узгоджується з вищезгаданої величиною заглиблення замку анкера в стійкі вищерозміщені породи. Якщо покрівля представлена тонкослоістую породами. Кінець анкера має бути закріплений за межами цієї тонкошаруватої середовища. Причому, якщо довжина анкера виходить більше 2,1 м, необхідно здійснювати його попередньо натяг, в іншому випадку, його кінцева частина не зробить помітного впливу на напружений стан масиву.

  З метою вдосконалення запропонованої методики розрахунок параметрів комбінованої кріплення пропонується застосувати метод кінцевих елементів поєднаний з методом початкових напружень, що дозволить розглядати трансверсальний ізотропний масив при пружно-пластичній постановці завдання, більш щільно врахувати параметри застосовуваної рамної і анкерного кріплення.

  У роботі [114] розглянутий руйнування масиву навколо підготовчих виробок з плоскою покрівлею починає розвиватися на ділянках слабких прошарків, розташованих в межах зони дезинтегрируючей тріщинуватості з подальшим переміщенням матеріалу шару в бік виробки. Запропоновано проводити розрахунок анкерного кріплення виходячи з розмірів зводу можливого обвалення рівного радіусу першої зони дезінтеграції масиву, розташовуючи анкера по напрямку радіуса зони.

  У роботі [115] розроблено метод розрахунку напружень в породах навколо виробки, закріпленої анкерами, що враховує вплив системи анкерів на напружений стан породного масиву. При цьому анкерне кріплення і вміщає масив розглядається як єдина деформуюча система, а вплив анкера на масив замінюється еквівалентною системою зосереджених сил прикладених в окремих близько розташованих по відношенню один до одного точках на осі стрижня анкера. Отримані результати базуються на методах теорії пружності і теорії аналітичних функцій комплексного змінного. У результаті теоретичного вирішення цього завдання отримані залежності впливу довжини і щільності анкерування на форму і розміри зон непружних деформацій формуються навколо виробки.

  У роботі [116] розроблено метод розрахунку параметрів анкерного кріплення у виробках довільного перетину з використанням теорії пружності. Кріплення відчуває дію власної ваги порід або тектонічних сил з урахуванням взаємного впливу анкерних стрижнів.

  У третій групі аналізуються наступні наукові роботи.

  У роботі [117] описані параметри застосування стягнутий анкерного кріплення, яка створює ефект самопідтримки порід, підвищуючи їх несучу здатність.

  Вивченням окремих питань, пов'язаних з проектуванням комбінованих кріплень на основі анкерних конструкцій для виробок вугільних шахт в США і Канаді займалися багато дослідників. Так, обгрунтуванням областей застосування різних конструкцій анкерів займалися Bieniawski [42], Peng [48-52, 54-57], Tadolini і Kock [118], Fuller [79, 119], Khair [120, 121], Gerdeen [32], Smith [172], Tang [57], Unal [39, 124]. Обгрунтуванню глибини анкерування і діаметра анкерних штанг присвячені роботи Bischoff [122], Lang [122, 123], Biron і Arioglu [125], Stankus [62, 64, 121, 173], Hoek і Brown [174, 175, 126] та багато інших [127-136]. Проектуванням схем розташування анкерів присвячені роботи Fairhurst і Singh [137], Thomas і Jorstad [44, 138-1140], Panek і Mccormick [4]. Методики розрахунку зусиль попереднього натягу анкерів запропоновані в роботах Peng [28], Franklin і Woodfield [141], Lang і Bischoff [122].

  Як показав аналіз наведених вище наукових роботах в якості одного з головних параметрів анкерування розглядається кут взаємного розташування анкерів. Проте вплив запропонованих анкерних систем на стійкість вмещающего вироблення масиву, при різних схем розміщення анкерів в шаруватому породному масиві досі достатньо не вивчено.

  Існуючі в діючих нормативних документах рекомендації, не враховують вплив схем розміщення анкерних штанг на стійкість виробок і пропонується використання (переважно) радіальну схему розташування анкерів. Це лише побічно дозволяє врахувати роль кріплення в підтримці вироблення, не дають повною мірою розкрити природу і суть зміцнюючого ефекту від його застосування. Таке уявлення про механізм взаємодії анкерного кріплення і масиву призводять до обмеження області її застосування, як самостійної конструкції, другою категорією стійкості виробок (зміщення контуру не перевищують 200 мм) і завищення значень щільності установки анкерів, що робить застосування анкерного кріплення економічно не доцільним.

  Існуючі на сьогоднішній день уявлення про роль анкерного кріплення в складі комбінованих конструкцій в процесі підтримки вироблення, що вона розглядається виключно як силовий, несучий елемент, що працює в умовах суцільного звід - або вивалоутворення, що не дозволяє оцінити роль кріплення та її параметрів в процесі підтримки вироблення.

  Незважаючи на велику кількість і різноманітність виконаних досліджень з проблеми анкерного кріплення, вибору параметрів комбінованого кріпленні на основі використання анкерних систем в умовах конкретної шахти відбувається скоріше на підставі накопиченого практичного досвіду, ніж наукового підходу. Розрахунок параметрів кріплення ведеться на задану навантаження. Він заснований на розрахунку очікуваної навантаження на кріплення, яка формується в результаті руйнування порід від контуру виробки в глибину вмiщуючего масиву і їх зміщень в її порожнину, що суперечить основному завданню, що стоїть перед комбінованої кріпленням - не допустити руйнувань приконтурного масиву. При розрахунку конструктивних параметрів основної рамної і підсилює - анкерного кріплення невраховується яка частка гірського тиску (навантаження), яка сприймається кожним елементом кріплення. Цей підхід не тільки не враховує механізм формування навантаження на комбіновану кріплення, але й не дозволяє достовірно розрахувати її параметри з урахуванням зміни властивостей створюваної породно-анкерної конструкції в часі (при зведенні посилюючого анкерного кріплення з різним відставанням від вибою) при підтримці виробки.

  Аналіз виробничого досвіду застосування комбінованих кріплень на основі анкерних систем показує, що ці кріплення забезпечують ефективну підтримку гірських виробок у разі створення в приконтурного масива несучих породно-анкерних конструкцій, які спільно з рамними кріпленнями сприймають гірський тиск.

  У зв'язку з цим обґрунтування параметрів комбінованого рамно-анкерного кріплення для підтримки гірничих виробок є актуальною науковою задачею.

• 3. Цілі і завдання досліджень

  Обґрунтування теми і назви, актуальність роботи:

  Запаси вугілля складають 3,5% від світових. Видобуток здійснюється в 560 механізованих вибоях з яких половина постійно виконує монтажно-демонтажні роботи. Від стану монтажних хідників залежить тривалість цих робіт і матеріально і трудові витрати. У цьому зв'язку проведення досліджень, які спрямовані на встановлення особливостей деформування порід, які містять монтажні ходки в умовах ДП «Добропілля вугілля» з метою обґрунтування параметрів низько витратних і нематеріальних способів їх підтримки є актуальною науковою задачею.

  Робота пов'язана з державно бюджетної кафедральної темою Н 11-13 «Удосконалення способів підвищення стійкості гірничих виробок в умовах глибоких шахт».

  Мета роботи - розробка нових та удосконалення існуючих способів підтримки монтажних хідників в умовах ДП «Добропілля вугілля».

  Завдання дослідження - аналіз існуючого досвіду підтримки монтажних хідників. Проведення лабораторних досліджень (структурні моделі та моделі еквівалентних матеріалів) особливості деформування порід, які містять монтажні ходки. Шахтні дослідження. Розробка заходів з підвищення стійкості монтажних хідників.

  Об'єкт досліджень - монтажні ходки. Предмет дослідження - геомеханічні процеси в масиві, які містять монтажні виробітки.

  При виконанні роботи очікується оновлення-становлення нових особливостей деформування порід, які містять монтажні хідки.

• 4. Перелік посилань
  • 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