Горное давление в закрепленных забоях

Имеются два основных режима работы крепи в очистном забое:

1)заданной нагрузки;

2) взаимовлияющей деформации крепи и породного массива.

Частным случаем режима взаимовлияющей деформации крепи и породного массива является работа крепи в режиме заданной предельной деформации.

Если нагрузка на крепь создается весом отслоившейся породы в пределах свода естественного равновесия или весом толщи пород непосредственной кровли, отделившейся от остального массива (рис.59), то величина нагрузки на крепь будет задана независимо от характеристики крепи. Такое взаимодействие крепи с породой получило название работы крепи в режиме заданной нагрузки.

Рис.59. Работа крепи в режиме заданной нагрузки:

а – вес пород в контуре свода естественного равновесия;

б – вес отслоившихся пород непосредственной кровли;

1 – полезное ископаемое; 2 – непосредственная кровля;

3 – основная кровля

Если нагрузка на крепь создается весом непосредственной кровли и значительней частью веса основной кровли и выше расположенных пород, то крепь не может противостоять опусканию пород. Нагрузка на крепь в этом случае, будет определяться характеристикой (жесткостью) крепи и величиной опускания пород кровли (рис. 60). Такое взаимодействие крепи с породой получило название работы в режиме взаимовлияющей деформации крепи и породного массива. Если при этом деформация крепи ограничена (например, техническими условиями), то крепь будет работать в режиме заданной деформации.

Рис.60. Работа крепи в взаимовлияющей деформации крепи и породного массива:

P₁, P₂, P₃ нагрузки на крепь; ∆₁, ∆₂, ∆₃ – деформации крепи;

∆n –предельная осадка кровли

В соответствии с режимами работы крепи в очистном забое принимаются три схемы расчета крепи: в режиме заданной нагрузки, в режиме заданной деформации и в режиме взаимовлияющей деформации крепи и породного массива (рис.61).

В первом случае нагрузка на крепь считается известной. Процесс расчета состоит из установления соответствия между нагрузкой и смещением крепи на основе ее характеристики (рис.60,а )

.

Во втором случае (рис.61,б) расчет производится в обратной последовательности – от заданной по технологическим соображениям величины смещения крепи через ее силовую характеристику к величине реакции крепи . Отсюда определяется допустимая удельная нагрузка кровли:

, т/м².

Рис. 61. Схемы расчетов крепей:

а – заданная нагрузка; б – заданная деформация; в – взаимовлияющая деформация крепи и породного массива

В режиме взаимовлияющей деформации крепи и массива (рис.61б,в) напряженно-деформированное состояние пород рассчитывается методами механики горных пород, а конструкция крепи – методами строительной механики, при этом удовлетворяются определенные граничные условия на контакте крепь-порода. Исходя из силовой характеристики крепи одновременно рассчитывается реакция крепи и ее смещение:

;

.