3.2 Предварительный выбор и расчет крепи

3.2.1 Предварительный выбор крепи.

Предварительный выбор крепи производится по энергетическому коэффициенту запасу прочности пород на контуре выработки, который равен отношению удельной энергоемкости разрушения массива в условиях сжатия к плотности энергии сил гравитации на рассматриваемой глубине.

(3.2)

где: U_см – удельная энергоемкость разрушения массива при сжатии, МДж/м³;

U_г – плотность энергии сил гравитации, ; МДж/м³

U_сж – удельная энергоемкость разрушения при сжатии, МДж/м³;

К_т – коэффициент снижения удельной энергоемкости при наличии трещин (при неизвестном значении К_т принимается равным 1,0).

, МДж/м³ (3.3)

., МДж/м³ (3.3)

.,Дж/м³ (3.4)

где: ρ – плотность пород, кг/м³ ;

g – ускорение свободного падения (9,81 м/с² );

H – глубина залегания выработки от поверхности, м.

Таблица 3.2

Предварительные рекомендации к выбору крепи

nз	Предварительные рекомендации к выбору крепи.
nз ≥ 20	Без крепи. При наличии интенсивной трещиноватости, заполненной минеральным веществом меньшей прочности, чем породы массива – тонкий слой торкретбетона или полимербетона.
18 ≤ nз < 20	Без крепи. При наличии открытой трещиноватости - торкретбетон толщиной до 3 см.
12 ≤ nз < 18	Торкретбетон или набрызгбетон толщиной 3-5 см.
4 ≤ nз < 12	Набрызгбетон или комбинированная крепь из железобетонных (сталеполимерных) анкеров и набрызгбетона. Рамная деревянная крепь.
3 ≤ nз < 4	Комбинированная крепь из анкеров и набрызгбетона. Арочная металлическая податливая крепь.
1 < nз < 3	Арочная податливая крепь из спецпрофиля или комбинированная крепь из анкеров и металлических рам.
nз < 1	Комбинированная крепь из анкеров и металлических рам с тампонажем пространства между крепью и массивом твердеющим материалом.

3.2.2 Расчет бетонной крепи.

Толщину свода в замке можно ориентировочно определить по формуле М.М.Протодьяконова:

,см (3.5)

где: В – ширина выработки в свету, см;

[ σ_сж ] – расчетное сопротивление бетона при сжатии МПа;

h₀ – высота свода, см;

или С.С.Давыдова:

,см (3.6)

Толщина стен:

,см (3.7)

Толщина свода в замке d₀ должна быть не менее 200 мм, стены Т не менее 250 мм. Толщину фундамента принимают равной толщине стенок. Величина заглубления фундамента в почву выработки со стороны водоотливной канавки составляет 500 мм, с противоположной стороны – 250 мм.

Таблица 3.3

Расчетные сопротивления различных пределов прочности бетона по СНиП II-21-75

Марка бетона	М150	М200	М250	М300	М350	М400	М500
Предел прочности, МПа	15	20	25	30	35	40	50
Сжатие осевое, МПа	7	9	11	13,5	15,5	17,5	21,5
Растяжение осевое, МПа	0,63	0,75	0,88	1	1,1	1,2	1,35

3.2.3 Расчет набрызгбетонной крепи.

При прямоугольно-сводчатой форме выработки, если ширина ее не менее 6 м и породы не склонны к отслаиванию, толщину набрызгбетонной крепи определяют по формуле:

,м (3.8)

где: q_н – интенсивность нормативной нагрузки со стороны кровли, Па;

m_б – коэффициент условий работы ( 1 - для армированного набрызгбетона, и 0,85 – для неармированного);

[ σ_р ] – предел прочности на растяжение, МПа.

,Па (3.9)

где: ΔR_р – расстояние до трещины отрыва, м.

,м (3.10)

где: R_р – радиус трещины отрыва, м;

r – радиус выработки, м.

,м (3.11)

,м (3.12)

где: h – высота выработки в свету, м;

U_рм – удельная энергоемкость разрушения массива путем отрыва, МДж/м³.

,МДж/м³ (3.13)

Согласно СНиП минимальная толщина для горизонтальных выработок – 3см.

3.2.4 Расчет анкерной крепи.

Расчетная несущая способность стержня анкера из условий его прочности на разрыв:

Р_с = π r² R_р ,Кн (3.14)

где: r – радиус стержня (рекомендуемый диаметр не менее 16 мм), м;

R_р – расчетное сопротивление материала стержня растяжению по СНиП-21-75, МПа;

M – коэффициент условий работы стержня штанги (можно принять равным 0,9 – 1).

Таблица 3.4

Расчетное сопротивление материала стержня растяжению по СНиП-21-75, МПа

Сталь	Rр ,МПа
А – I	210
А – II	270
А - III	360

Расчетная несущая способность стержня анкера из условия сдвига бетона относительно стенок шпура:

P_з = π d_ш τ l_з m , кН (3.15)

где: d_ш – диаметр шпура, м;

l_з – длина заделки стержня (не менее половины длины шпура), м;

τ – удельное сцепление бетона с породой (для расчетов можно принять τ = 1 МПа), Па;

m – коэффициент условий работы замка (0,9 – при сухом шпуре, 0,75 – при влажном шпуре, 0,6 – при капеже из шпура).

Несущая способность анкера принимается равной наименьшему значению из рассчитанных Р_с и Р_з .

Плотность установки анкеров в кровле выработки:

, 1/м² (3.16)

где: n_н – коэффициент перегрузки (1,2);

Р_а – расчетная несущая способность анкера (наименьшее значение из рассчитанных Р_с и Р_з ), кН.

Расстояние между анкерами в кровле при расположении их по квадратной сетке:

,м (3.17)

Длина анкера в кровле:

l_а = ΔR_р + l_зг + l_п ,м (3.18)

где: l_зг – величина заглубления анкера в менее трещиноватую зону пород (0,3ч0,4 м), м;

l_п – длина выступающей части анкера, зависит от его конструкции и толщины опорно-поддерживающих элементов (0,05ч0,02 м), м.

Анкерная крепь может быть установлена с подкладками (l_п = 0,05 м) или с подхватами из дерева или металла (l_п = 0,02м).

Средняя длина применяемых анкеров в большинстве случаев составляет 1,2-1,8 м. Минимальная дина анкера – 1,2 м, а максимальная – 2,5 м (редко 2,8 – 3 м). Расстояние между анкерами бывает 0,9 – 1,2 м и более. Площадь кровли поддерживаемая одним анкером, составляет от 0,9 до 1,5 м² .

3.2.5 Расчет комбинированной крепи.

Комбинированная крепь состоит из анкеров и набрызгбетона.

Длина анкера:

,м (3.19)

где: В₁ – ширина выработки вчерне, м;

К – коэффициент учитывающий ширину выработки (принимается равным 0,4-0,5 при ширине В₁ ≤ 3,5м и 0,15-0,2 при В₁ > 3,5м).

Интенсивность нагрузки на набрызгбетонную крепь при наличие анкеров:

, Па (3.20)

где: а₁ – расстояние между анкерами, м;

ρ – плотность пород, кг/м³.

Расчет толщины набрызгбетонного покрытия ведут по формулам изложенным ранее.