2. Розрахунок кріплення

Проектування кріплення - складова частина проектування підземних гірських виробок. У відповідності з вимогами [9] воно містить у собі:

- визначення характеру прояву гірничого тиску;

- вибір типу кріплення і технології її зведення;

- прогноз зсуву контуру порід і розрахунок навантажень;

- вибір конструктивної схеми кріплення і її розрахунок.

При виборі конструкції і параметрів кріплення варто дотримувати пред'явлені до кріплення особливі вимоги, зв'язані з додатковими впливами на неї динамічних навантажень, агресивних підземних і ґрунтових вод, а також забезпечення водою і газоізоляції виробок.

2..1. Розрахунок набризк-бетонного кріплення

У залежності від категорії стійкості порід набризк-бетонне кріплення розраховується за однією із двох розрахункових схем.

У стійких породах кріплення працює у режимі заданих навантажень при утворенні вивалів порід. У цьому випадку товщина набризк-бетонного кріплення

, м, (32)

де К - коефіцієнт, що враховує розрахункову схему кріплення (К = 0,35 при одному набризк-бетонному кріпленні; К = 0,25 при набризк-бетонному зі штангами);

а - розмір вивалів, що дорівнює кроку установки штанг при комбінованому кріплення; при одному набризк-бетонному кріпленні а = В_вч/6, але не менш 1 м ;

Р - навантаження на кріплення, яке визначається як вага породи в обсязі можливого вивалу розміром вглиб масиву а/2; P = aγ/2,

γ - питома вага породи, кН/м³;

П_П = 1,5 - коефіцієнт перевантаження;

m_y - коефіцієнт умов роботи (m_y =1 для армованого металевою сіткою набризк-бетону і m_y =0,6 - для неармованого);

R_бт - розрахований опір бетону осьовому розтягненню для граничних станів першої групи, R_бт = 750 кПа.

У породах середньої стійкості набризк-бетонне кріплення розраховується за розрахунковою схемою заданих деформацій. У цьому випадку враховується зміцніюча дія набризк-бетону на масив у межах породного шару, який до нього примикає, що утягує його у спільну роботу. Кріплення може бути розраховане за методикою Криворізького філіалу ВНДІОМШБ

, м, (33)

де U – зсув породного контуру, м; R_в – приведений радіус виробки

,м, (34)

де R_ст – межа міцності порід на одновісне стискання, кПа;

q = γh – вертикальна складова початкового поля напружень, кПа;

R_б - розрахунковий опір бетону осьовому стисканню (призменна міцність), кПа;

С - питоме зчеплення бетону з породою (для вапняків і сланців С відповідно складає 1500-2000 кПа і 1000-1200 кПа; для інших типів порід зчеплення їх з бетоном з достатньою точністю може бути прийнято рівним розрахунковому опору бетону розтягненню R_бт), кПа;

Е_П, Е_б - модуль деформації відповідно породи і бетону, мПа.

2.2. Розрахунок штангового (анкерного) кріплення

Розрахунок анкерних конструкцій полягає у визначенні несучої здатності анкерів, їхньої довжини і щільності установки і виконується за однією із наступних розрахункових схем:

І - анкер закріплює породи, які розташовані у межах зони можливого обвалення, до стійкої зони породного масиву навколо виробки;

ІІ - анкери зміцнюють шари або структурні елементи породного масиву навколо виробки, формуючи зміцнену зону, що сприймає тиск порід.

Остання розрахункова схема хоча і відображає точніше дійсний характер роботи анкерного кріплення, більш складна у розрахунковому відношенні, вимагає більш докладних і надійних даних про властивості породного масиву і тому у цих методичних вказівках не розглядається.

Визначення параметрів штанг. Несуча здатність залізобетонного і сталеполімерного анкерів визначається опором розриву арматурного стержня у найбільш ослабленому поперечному перерізі, міцністю його закріплення у бетонній або у полімербетоні пробці та опором її зсуву відносно стінок шпура.

Несуча здатність анкера по опору розриву

, кН, (35)

де F_c – площа найбільш ослабленого поперечного перерізу стержня, м²;

R_s - розрахунковий опір матеріалу анкера розтяганню для граничного стану першої групи (для горячекатанної арматурної круглої сталі класу А-1 - R_s =225 мПа (2300 кгс/см²); для сталі класу А-3 - R_s =365 мПа (3750 кг/см²), кПа.

З умови міцності закріплення стержня у бетоні несуча здатність анкера

, кН, (36)

де d_c – діаметр стержня анкера, м;

l_з – глибина закладення стержня у бетоні (у цементному бетоні l_з =0,35 - 0,40 м, у полімерному l_з = 0,25 - 0,30 м), м;

τ_а - питомий опір зсуву стержня відносно бетону , τ_а = 4800 кПа;

K_l – поправочний коефіцієнт на довжину закладення анкера (додаток Г, таблиця Г.1).

Міцність закріплення анкера з умови його нерухомості відносно стінок шпура

, кН, (37)

де d_ш - діаметр шпура, м;

τ_сд - питомий опір зсуву бетону або полімербетона відносно стін шпура (для вапняків і сланців τ_сд відповідно складає 1500 - 2000 и 1000 - 2000 кПа при цементному бетоні, 3000 -4000 і 2000 - 2500 кПа при полімербетоні).

Нормативне значення несучої здатності залізобетонних і сталеполімерних анкерів Р_н приймається як менше із трьох значень Р, отриманих з (35-37). Для раціонального використання матеріалу стержня анкера варто підібрати глибину закладення стержня анкера у бетоні таку, щоб забезпечити умову Р_сд≥Р_з≥Р_с.

Глибина закладення замка анкера у стійку зону перевіряється з умови виривання породи по конусу, і який утворює кут 45⁰

, м, (38)

де Р_н - нормативна несуча здатність анкера, кН;

R_р – розрахунковий опір породи розриву, кПа; R_р=(0,1 - 0,85) R_ст;

R_ст - розрахунковий опір породи стисненню, кПа.

При розрахунку анкерного кріплення за 1-ою розрахунковою схемою довжина анкера

, м, (39)

где b - глибина зони можливого обвалення порід, м;

l_n - довжина виступаючої зі шпура частини анкера, що залежить від її конструкції і товщини опорно-підтримуючих елементів (l_n=0,05 - 0,2 м).

Глибина зони можливого обвалення порід для протяжних горизонтальних виробок, що споруджуються в умовах Кривбасу (рекомендація НДГРІ)

, м, (40)

де В_о – середня ширина виробки, у яких визначається типовий розмір В_о = 3,2 м.

З умови, що навантаження на кріплення складає вагу порід, що відшарувалися, у порушеній зоні, визначають щільність розміщення анкерів

, м², (41)

де П_П - коефіцієнт перевантаження (таблиця Г.2);

К_Н - коефіцієнт надійності (прийнятий для головних розкривних виробок, рівним 1,1; для інших - 1,0);

т_у - коефіцієнт умов роботи (т_у = 0,8 - 1,0).

Відстань між анкерами

, м. (42)