, , (9)

= 0,31*104 МПа;

= 0,466;

= 1,9

Вертикальные смещения кровли выработки:

(10)

= 0,012429 м.

2.4. Определение податливости крепи

Податливость крепи выработки должна выбираться с учетом возможных смещений контура, которые развиваются вследствие деформации ползучести и разрыхления пород.

В последнем случае вследствие разрыхления пород происходят дополнительные смещения контура из-за увеличения объема при растрескивании. Величина смещения определяется из выражения:

, (11)

где -коэффициент разрыхления; - радиус пластичности.

, (12)

где ,

- предел прочности на одноосное сжатие; - угол внутреннего трения породы; - сцепление.

= = 1,37;

= = 5,79;

= 3,3 м;

= 0,011 м,

Уменьшение высоты выработки вследствие ползучести определяется выражением (10), а вследствие разрыхления - (11).

Таким образом податливость крепи:

, (13)

2,5 м.

2.3 Расчет нагрузки на крепь

В результате систематизации данных о взаимодействии крепи и массива горных пород разработаны следующие основные расчетные схемы режимов ее работы:

1. Режим заданной нагрузки;

2. Режим заданной деформации;

3. Режим взаимовлияющей деформации;

4. Комбинированный режим.

Тот или иной режим работы крепи обусловлен конкретными горнотехническими условиями. Если крепь работает в режиме заданной нагрузки, то давление на нее определяется весом отделившихся от массива объемов породы.

Горные породы в окрестности выработки могут быть разрушены в пределах зоны деформации растяжения или пластичности.

Среднее значение координаты границы зоны растяжения:

, (14)

где - координаты границы зоны растяжения для лучей 0,300,600 и 900.

Среднее значение радиуса пластической области определяется выражением (12). Расчет следует вести по большему из значений координат (14) или (12).

= 5,83 м;

При расстоянии между рамами крепи L давление Q на одну раму составит:

, (15)

где S – площадь области разрушения пород в кровле выработки.

В расчете можно принять ,

= 5,48 м2;

где - среднее значение из (14) или из (12).

= 2,74 Па;

, (16)

где Р- неизвестное давление не крепь.

,

= 1,02 мПа;

Радиальные смещения на контуре в данном случае определяются выражением:

, (17)

т.е. зависят от упругих (- модуль сдвига) и прочностных () параметров, глубин расположения выработки и величины пластической зоны:

,

= 0,32*104;

= 62,14*10-4 = 0,006214 м;

Исключая из этих уравнений , можно получить зависимость между неизвестной реакцией крепи Р- и ее смещением U. Давление на крепь вычисляется из условия совместимости перемещений контура выработки и крепи. Так, например если известны механические характеристики крепи (нарастающего или постоянного сопротивления), то рассматривая их совместно с кривой поведения массива, в точке пересечения можно определить оптимальные параметры работы крепи (Р и U).

Комбинированный режим нагружения возникает тогда, когда вокруг выработки могут образоваться зоны, в пределах которых породы отделены от массива, разбиты крупными и микротрещинами. Далее массив деформирован упруго. Отделившиеся от массива породы создают давление на крепь как заданная нагрузка, зоны растрескивания - как взаимовлияющая деформация.

Раздел III. Управление состоянием массива горных пород вокруг очистного забоя

3.1 Напряженно-деформированное состояние угольного пласта и вмещающих пород

Практикой эксплуатации очистных забоев, особенно с механизированными крепями в условиях высоких нагрузок и скоростей подвигания, выявлено, что геологические и горнотехнические параметры в разной степени влияют на состояние поддерживаемого пространства, условия безопасности, на конечный результат всей работы очистных забоев.

Значительные трудности возникают при отработке пластов в сложных горно-геологических условиях, например, при труднообрушаемой кровли. Повышения эффективности работы в этих условиях во многом зависит, как показывает опыт, от способа управления состоянием пород кровли. Положительный эффект создает, в частности, формирование напряжений в массиве, обеспечивающих разрушение кровли за поддерживаемым рабочим пространством лавы.