4.4. Расчет крепи

В настоящее время наиболее широкое применение для крепления подготовительных (пластовых) выработок получила анкерная стали полимерная крепь. Она состоит из анкеров (диаметром d_c 20 мм) быстротвердеющими смолами, и поддерживающих элементов (опорные шайбы, подхваты). В качестве затяжки широкое распространение получила металлическая сетка.

Параметрами анкерной крепи являются количество анкеров в ряду n_a, длина анкера l_a и расстояние между рядами анкеров a_aн. Определение этих параметров, а также ряд других вопросов использовании анкерной крепи представлены в нормативной инструкции, регламентирующей применение анкерной крепи на угольных шахтах России. Далее представлена методика расчёта анкерной крепи в проекте, основанная на положениях инструкции. При расчёте по данной методике необходимо учитывать характеристику пород кровли, представленную в исходных данных.

Максимальная глубина проведения конвейерного штрека 250м. Угол падения пласта составляет 8 градусов, мощность пласта 4,8 м. Расчетное сопротивление пород кровли на сжатие R_ск следует определять как усредненное для всех слоев пород на высоту, равную ширине выработки.

Исходные данные:

-ширина выработки: В = 4,2м;

-высота выработки: h_в = 4,8м;

-глубина залегания: H = 250м.

Рисунок 4.2 - мощность пород непосредственной кровли.

Определяем расчетное сопротивление пород кровли на сжатие R_с по формуле:

R_с = (R_c1 · m₁ + R_c2 · m₂ + R_cn · m_n) K_с / В, Мпа, (4.5)

где R_c1; R_c2; R_cn – сопротивление сжатию различных слоев пород , R_c1 = 60 МПа; m₁; m₂; m_n – мощности слоев пород , m₁ = B; K_с – коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенность кровли трещиноватостью, (для 1 типа кровли), K_c = 0,9

R_с = (60 · 4,2) 0,9 / 4,2 = 54 Мпа,

Определяем расчетные смещения кровли с анкерной крепью для пластовых выработок, проводимых «вприсечку» к выработанному пространству с защитной угольной полосой:

U_пр = (U_о + U_л)·К_ш · К_к · К_а, мм, (4.6)

где U_о – расчетные смещения кровли, при проходке выработки, определяемые в зависимости от глубины Н и R_с; U_о = 60 мм;

U_л – расчетные смещения кровли, в период влияния погашающей лавы, определяемые в зависимости от глубины Н и R_с; U_л = 25 мм;

К_ш – коэффициент, учитывающий отличие расчетной ширины выработок и сопряжений от В = 5м; К_ш = 0,25(В – 1) = 0,25·(4,2 – 1) = 0,8;

К_к – коэффициент, учитывающий обрушаемость основной кровли, (для 1 типа кровли), К_к = 1

К_а – коэффициент, учитывающий степень связывания и упрочнения пород различными конструкциями анкеров; k_а = 0,75 (при длине закрепления сталеполимерных анкеров 1,0м);

U_пр = (60 + 25) · 0,8 · 1 · 0,75 = 51 мм.

Так как U_пр составляет более 50 мм, принимаем две ампулы.

Определяем параметры крепи в кровлю:

В = 4,2 м Р_ак = 50 кН/м² l_ак = 2,0 м

Определяем шаг крепи в кровлю:

_, м (4.7)

где n – принятое количество анкеров в ряду, n = 4 шт ; N_ак – несущая способность анкера при длине закрепления 1м, N_ак = 90 кН/м²;

P_ак – сопротивление анкерной крепи, P_ак = 50 кН/м²; В – ширина выработки, м,

В = 4,2 м;

м

Производим сравнение расчетного шага установки анкеров по условию интенсивности горного давления с требуемым по условию минимальной плотности установки анкеров по формуле:

, м (4.8)

где П – минимальная плотность установки анкеров, при средней устойчивости П = 0,7 анк./м².

м

_{Из двух полученных значений выбираем наименьшее и округляем в меньшую сторону до десятых долей, принимаем аанк = 1,3 м.}

Определяем необходимость крепления боков выработки по формуле:

, (4.9)

где g – средний объемный вес пород, g = 0,025 МН/м³; Н – глубина залегания выработки от поверхности, Н=250м; k_в – коэффициент концентрации напряжений в боках от проходки выработок и сопряжений, k_в = 1,5; k_вл – коэффициент увеличения напряжений в боках выработок от других выработок: - при l < 15 м k_вл = 2 – l /15 , для м,k_вл = 1; k_о – коэффициент увеличения напряжений в боках выработок при расположении их в зоне влияния опорного давления от очистных работ, для наклонных пластовых выработок принимается равным 1. Для выемочных штреков определяется только при ширине целика l_ц менее 0,1Н ;

_{Rсб - расчетное сопротивление на сжатие пород выработки в боках.}

_{Rсб = RKc (4.10)}

где R - значение сопротивления пород одноосному сжатию в образце (R =10∙f )

_{В качестве Rсб вначале подставляем сопротивление на сжатие пласта угля Rсу,}

_{Rсу = 1,28 · 10 · 0,9 = 11,52}

_{Так как σб = 1,1 > 1, и m ≥ 1,5 то крепление бортов производится на всю высоту боков.}

Определяем шаг крепи в боках выработки:

_, м (4.11)

где n – принятое количество анкеров в ряду, n = 4;

N_аб – несущая способность анкера при длине закрепления 1м, N_аб = 70 кН/м²;

P_аб – сопротивление анкерной крепи, P_аб = 20 кН/м²;

_h – высота выработки, м, h = 4,8 м

_,

Производим сравнение расчетного шага установки анкеров по условию интенсивности горного давления с требуемым по условию минимальной плотности установки анкеров по формуле:

, м (4.12)

где – минимальная плотность установки анкеров, для разрушающихся пород в боках= 0,4 анк./м² .

м

Из двух полученных значений выбираем меньшее и округляем его в меньшую сторону до десятых долей.

_{2,9 > 2,08}, принимаем шаг установки 2 м.

Принимаем: для кровли:

количество анкеров в ряду – 4;

l_ак = 2,0 м;

шаг крепи – 1,3 м;

количество ампул в ряду - 8;

для бортов:

количество анкеров в ряду – 4;

l_аб = 1,5 м;

шаг крепи – 2 м.

количество ампул – 4