Принципы расчета анкерных крепей

1. Выбор расчетной схемы

Анкерную крепь следует рассматривать как средство упрочнения и повышения устойчивости массива пород вокруг выработки. Основными параметрами такой крепи принято считать: длину анкеров, расстояние между ними, расчетную несущую способность анкера (стержня и замка), а также величину начального натяжения (для натяжных замковых анкеров). Для расчета параметров анкерной крепи особенно важно знать размеры и конфигурацию зон неупругих деформаций или возможного обрушения пород, так как это определяет выбор расчетной схемы. Характер работы такой крепи обычно представляют двумя схемами.

Схема I - анкеры прикрепляют породу, расположенную в пределах зоны возможного обрушения, к устойчивой зоне массива и рассчитывают на восприятие давления, вызванного весом пород этой зоны в кровле и боках (рис. П3.1). Замковые части анкеров заглубляют в устойчивую зону массива на 0,3-0,5 м.

Рис. П3.1. Схема I к расчету анкерной крепи: а и в - при устойчивых боках, б и г – при неустойчивых боках.

Схема II - анкеры скрепляют различно деформируемые зоны, слои или структурные элементы массива пород вокруг выработки, формируя укрепленную зону в виде плиты, свода, арки или кольца, способную воспринять горное давление (рис. П3.2).

Первая схема работы анкерной крепи наиболее проста и достаточно надежна, но она упрощает действительный характер работы такой крепи. Схема применяется при сравнительно небольших размерах зоны возможного обрушения пород (обычно до 2-2,5 м). Вторая схема работы анкерной крепи более полно отражает действительный характер ее работы, но требует большего количества данных о свойствах массива пород и сложнее в расчетном отношении. Эта схема используется при невозможности применения первой, т.е. когда размеры зоны возможного обрушения пород превышают приемлемую для практики длину анкеров.

Для оценки возможности возникновения, а также размеров зоны возможного обрушения вначале определяют степень устойчивости горной выработки.

Рис. П3.2. Схема II к расчету анкерной крепи.

Рис. П3.2. Схема II к расчету анкерной крепи (продолжение)

2. Оценка устойчивости и зоны возможного обрушения пород

Состояние устойчивости в скальных и полускальных породах можно оценить критерием напряженности элементов выработки (кровли и боков), выражающим соотношение в них величин расчетных напряжений (числитель) и расчетной прочности (знаменатель) (см. раздел 2.2).

Массив горных пород вокруг выработки вследствие его трещиноватости и слоистости согласно теории М.М. Протодьяконова может рассматриваться как среда условно сыпучая, поэтому для II…IV категорий устойчивости (см. табл.2.1), предполагается формирование зоны возможного обрушения в виде свода параболического очертания только в кровле при устойчивых боках (см. рис. П3.1, а и в) или в кровле и боках (см. рис.П3.1, б и г).

Высота зоны возможного обрушения (ЗВО) при устойчивых боках в выработке прямоугольного сечения:

, (П3.1)

где: b – высота свода обрушения, м; а – полупролет выработки, м; f – коэффициент крепости пород по Протодьяконову (f=R_сж/10, если R_сж выражено в МПа); К_с – коэффициент структурного ослабления массива за счет трещиноватости и слоистости.

При сводчатой выработке высота ЗВО:

, (П3.2)

где: h_с – высота подъема свода выработки, м.

При неустойчивых боках (см. рис. П3.1, б и г) высота ЗВО в выработке прямоугольного сечения:

, (П3.3)

где: а₁ – полупролет ЗВО, равный

, (П3.4)

h_р – расчетная высота стены выработки

h_р = h_п + 0,5 h_с, (П3.5)

h_п – высота стены до пяты свода; h_с – высота подъема свода;  – условный угол внутреннего трения пород в боку выработки, определяемой по зависимости

. (П3.6)

При сводчатой выработке высота ЗВО:

(П3.7)

По найденной величине ЗВО определяют, с учетом схем на рис. 3П.1, параметры анкерной крепи.