Определение нагрузок на крепь

Нагрузки на крепь зависит от глубины заложения выработки; горно-геологических и сейсмических условий; формы и размеров выработки; конструктивных свойств и собственной массы крепи; предварительного напряжения крепи; температурных напряжений; времени нагружения; воздействия соседних выработок; гидростатического давления воды (наружного и внутреннего); массы зданий и сооружений, расположенных над горной выработкой; временных строительных нагрузок; способа производства работ по проведению и креплению выработки.

В соответствии с нормативными документами крепи рассчитываются с учетом возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут проявляться одновременно при проведении выработки или ее эксплуатации. В состав основных сочетаний входят усилия от постоянных и временных длительных нагрузок.

Постоянные нагрузки и воздействия составляются из нагрузок, обусловленных горным давлением, собственной массой конструкций, нагрузкой от зданий и сооружений, расположенных над выработкой в пределах призмы обрушения, гидростатическим давлением (наружным и внутренним), воздействием предварительного напряжения крепи, температурными воздействиями.

Временные нагрузки и воздействия вызываются массой близко расположенного наземного или подземного транспорта, нагрузками от проходческого оборудования и материалов, избыточным давлением при проходке под сжатым воздухом, давлением от нагнетания раствора в крепь. Главной нагрузкой, действующей на крепь, является нагрузка, обусловленная горным давлением и определяющая во многих случаях основные ее размеры.

Горное давление – собирательное понятие в горной геомеханике, объединяющее совокупность силовых полей (напряженных состояний), формирующихся в земных недрах вследствие естественных и производственных воздействий. Главный возбудитель горного давления – гравитация. Дополнительными возбудителями, имеющими разную распространенность, длительность и силу действия, являются геотектонические процессы, а также производственная деятельность по добыче полезных ископаемых, строительству подземных и наземных сооружений.

Величина нагрузок на крепь от горного давления определяется на основании опыта проведения и поддержания выработок в аналогичных горно-геологических условиях (метод аналогии), теоретических расчетов или по экспериментальным данным натурных замеров.

Теоретические расчеты нагрузок от горного давления основываются на математическом описании механических моделей взаимодействия крепи с окружающими горными породами.

При расчете крепи различают следующие режимы ее работы в зависимости от горно-геологических условий.

1. Режим заданной нагрузки, когда крепь загружена отделяющими от массива телами сползания или выпадающими кусками, давлением грунтовых вод или промывочного раствора при проходке стволов бурением. В этих случаях смещения контура крепи практически не влияют на величину воспринимаемой нагрузки. Этот режим характерен для капитальных выработок, проводимых в сыпучих и сильнотрещиноватых скальных породах. При расчете крепи в режиме заданной нагрузки используется жесткопластическая модель взаимодействия крепи с массивом пород.

2. Режим взаимовлияющей деформации, когда смещения массива зависят от сопротивления крепи. Этот режим наиболее характерен для широкого диапазона условий поддержания капитальных горных выработок.

3. Режим заданной деформации, когда сопротивление крепи практически не влияет на величину перемещения пород. Крепь перемещается вместе с породами под действием непреодолимых деформаций массива (в больших объемах и на большой протяженности). Этот режим наиболее характерен для подготовительных выработок, расположенных в зоне влияния очистных работ.

4. Комбинированный режим, представляющий сочетание перечисленных режимов.