Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 19 ноября 2020 г. N 448 "Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах"

1. Для расчета сопротивления анкерной крепи, длины анкеров и их податливости, количества анкеров в ряду и расстояния между рядами, дополнительных средств усиления используются исходные данные:

условия проходки, охраны и поддержания горных выработок;

расчетная ширина В, м, и высота h, м, горных выработок и сопряжений в проходке;

расчетная глубина расположения горных выработок от поверхности Н, м;

тип строения пород кровли горных выработок;

класс устойчивости пород непосредственной кровли горных выработок;

расчетное сопротивление пород кровли горных выработок на одноосное сжатие R _c, МПа;

расчетная несущая способность анкеров, усиливающих стоек, рам, посадочно-защитных крепей N, кН.

2. По условиям проходки, охраны и поддержания при расчете параметров крепи рассматриваются следующие горные выработки и сопряжения:

капитальные околоствольные и магистральные горные выработки и их сопряжения, проводимые и поддерживаемые в ненарушенные очистные работы в массиве за пределами зон опорного давления, при ширине целиков больше 0,1 H, но не менее 30 м;

магистральные полевые и пластовые горные выработки и сопряжения, проводимые в массиве, а затем поддерживаемые в зоне опорного давления от очистных работ при ширине целиков меньше 0,1 H, но не менее 15 м;

пластовые выемочные горные выработки, проводимые в массиве, а затем погашаемые за лавой;

пластовые выемочные горные выработки, проводимые в массиве по надработанным и подработанным участкам шахтного поля, а затем погашаемые за лавой;

пластовые выемочные горные выработки, проводимые по нижним слоям мощных пластов;

пластовые выемочные горные выработки и сопряжения, проводимые в массиве, охраняемые за отрабатываемой лавой целиком шириной не менее 15 м, а затем погашаемые за смежной лавой;

пластовые выемочные горные выработки, проводимые в массиве на удароопасных и выбросоопасных пластах, а затем погашаемые за лавой;

пластовые выемочные выработки, проводимые в массиве и охраняемые, целиками, а затем погашаемые за смежной лавой на удароопасных и выбросоопасных пластах;

на пластах, склонных к горным ударам и выбросам угля и газа, ширина целиков определяется согласно действующим нормативным документам;

пластовые выемочные выработки, проводимые в массиве и охраняемые за отрабатываемой лавой разрушающимся в выработанном пространстве целиком угля шириной (2,5-3,0) m, где m - мощность пласта, а затем погашаемые за смежной лавой (для мощных пластов ширина целика принимается (2,5-3,0)h, где h - высота выработки, м);

пластовые выемочные выработки, проводимые в массиве, затем поддерживаемые на границе с выработанным пространством и погашаемые за смежной лавой;

пластовые выемочные выработки, проводимые за отрабатываемой лавой на расстоянии свыше 200 м или после отработки лавы вприсечку к выработанному пространству с защитной полосой угля шириной 2-3 м и погашаемые за смежной лавой;

пластовые монтажные рассечки (камеры), проводимые в массиве (в том числе по нижнему слою мощных пластов) и погашаемые за лавой;

разрезные печи, очистные камеры и заходки при системах разработки короткими забоями;

пластовые демонтажные камеры.

3. Расчетная ширина протяженных горных выработок принимается равной их максимальной фактической ширине в проходке. Расчетная ширина сопряжений пересекающихся горных выработок B _c, м, определяется по формуле:

, (1)

где B ₁ и B ₂ - фактическая ширина пересекающихся горных выработок в проходке, м.

Расчетная ширина сопряжений с примыканием одной горной выработки к другой (основной), определяется по формуле:

, (2)

где B ₁ - фактическая ширина основной более широкой горной выработки, м;

B ₂ - фактическая ширина горной выработки, примыкающей к основной, м.

Если ширина сопряжения < 8 м, то к зоне сопряжения относятся также части примыкающих и пересекающихся выработок на протяжении равном 0,5 их ширины. Если ширина сопряжения  м, то к зоне сопряжения относятся также части примыкающих и пересекающихся выработок на протяжении равном их ширине. Расчетная высота горных выработок и сопряжений принимается равной их максимальной фактической высоте в проходке.

4. Расчетная глубина для сопряжений принимается равной фактической глубине от земной поверхности. Расчетная глубина для протяженных горизонтальных и наклонных горных выработок, участки которых находятся на разных отметках, отличающихся не более чем на 15%, принимается равной максимальной глубине. При большей разности отметок расчетная глубина горных выработок принимается по участкам с различными расчетными глубинами.

5. Расчетное сопротивление пород одноосному сжатию в массиве R _c, МПа, следует определять отдельно для кровли и боков как усредненное по залегающим литологическим разностям, вмещающих горную выработку пород, в кровле - на высоту, равную ширине протяженных горизонтальных, наклонных горных выработок, равную В, где В - ширина выработки, м; на сопряжениях - на высоту, равную 1,5B _c, где B _c - расчетная ширина сопряжения, м. В боках учитывается прочность пород, залегающих по высоте выработки или сопряжения.

Расчетное сопротивление пород определяется:

Для кровли ; (3)

Для боков ; (4)

где R _c1...R _cn - сопротивление сжатию слоев пород, МПа (при определении прочности пород по коэффициенту крепости f пересчет в МПа проводят по формуле R=10f);

- мощности слоев пород, залегающих в кровле или в боках горной выработки, м;

k _c - коэффициент, учитывающий нарушенность массива пород поверхностями без сцепления, либо с малой связностью. Коэффициент k _c при отсутствии результатов по бурению с отбором керна принимается равным 0,9 для I и II типов кровли, 0,6 для III типа и 0,7-0,8 для IV типа кровли. При наличии результатов разведочного бурения при R _c равным и более 30 МПа, k _c определяется по таблице N 1 приложения. Для пород с R _c менее 30 МПа k _c определяется по таблице N 2 приложения.

Таблица N 1

Значения коэффициента k _c при породах с R _c равным и более 30 МПа

Таблица N 2

Значения коэффициента k _c при породах с R _c менее 30 МПа и в зонах тектонических нарушений

k _вл - коэффициент снижения сопротивления пород сжатию за счет воздействия влаги, указанный в таблице N 3 приложения, принимается в зависимости от прочности пород и учитывается только в случае длительного обводнения пород в горных выработках (более 6 месяцев), для остальных условий k _вл=1.

Таблица N 3

Значения коэффициента k _вл

При однородной кровле (I тип кровли), приведенной в таблице N 4 приложения, R _c, определяется по формуле:

, (5)

где R _max и R _min - максимальное и минимальное сопротивление пород на одноосное сжатие в кровле на высоту В или 1,5B _c, МПа.

6. Если в кровле горных выработок залегает слой прочных однородных пород с R _c>60 МПа при соотношении , то расчет проводят по прочности этого слоя без учета пород, расположенных выше. При больших разбросах значений мощности слоев и их прочности необходимо принимать средние значения, если невозможно их уточнить.

Расчетное сопротивление пород кровли на одноосное сжатие в протяженных горных выработках следует считать одинаковым, если оно находится в пределах 30%. При этом принимается его минимальное значение. При изменении R _c более чем на 30% последующий расчет параметров крепи ведется по отдельным участкам горной выработки.

7. При расчете сопротивления и длины анкеров, выделяют четыре типа кровли по обрушаемости, приведенные в таблице N 4 приложения.

Таблица N 4

Типы пород кровли по обрушаемости

8. При определении плотности установки анкеров, конструкции опор, затяжки, технологии крепления кровли при проходке, для всех типов кровли по обрушаемости, непосредственную кровлю над горными выработками и сопряжениями следует разделять на три класса по устойчивости, приведенные в таблице N 5 приложения.

Во всех классах устойчивость кровли оценивается за период проходческого цикла.

Таблица N 5

Классы пород кровли по устойчивости

10. Расчет параметров анкерной крепи и дополнительных средств ее усиления проводится в зависимости от интенсивности горного давления, определяемого с учетом размеров и глубины расположения горных выработок и сопряжений от поверхности, способа и параметров их охраны от влияния очистных работ, прочности, трещиноватости и устойчивости пород кровли.

11. В качестве критерия интенсивности горного давления для расчета крепи следует принимать расчетные смещения кровли. Методика определения расчетных смещений кровли для сопряжений и различных категорий протяженных горных выработок зависит от принятых, в соответствии с разделом I приложения, исходных данных для конкретных условий и приведена в приложениях N 14 и N 18 к Инструкции.

В условиях, где расчетные смещения кровли больше 300 мм, преимущественно при поддержании горных выработок на границе с выработанным пространством, проведении их вприсечку и охране разрушающимся целиком, расчет параметров анкерной крепи проводится для смещений кровли не более 300 мм. На часть смещений более 300 мм рассчитывается крепь усиления.

Параметры анкеров глубокого заложения рассчитываются исходя из возможности "подвески" породной пачки, состоящей из слоев различной мощности и прочности к породам за пределами свода естественного равновесия или к мощному и крепкому слою породы, находящемуся на расстоянии 3-6 м и более, от кровли горной выработки.

12. При определении и выборе документации крепления в зависимости от расчетных смещений и от интенсивности проявлений горного давления выделяются следующие условия поддержания горных выработок:

небольшое горное давление, при смещениях кровли меньше 50 мм;

горное давление средней интенсивности, при смещениях кровли от 50 до 200 мм включительно;

интенсивное горное давление, при смещениях кровли более 200 мм.

13. Во всех условиях интенсивности горного давления плотность установки анкеров в кровле определяется по величине смещений, проверяется и увеличивается по фактору требуемой минимальной плотности установки анкеров. В зависимости от устойчивости непосредственной кровли в классе неустойчивой кровли не меньше 1 анк/м ², в классе среднеустойчивой кровли не меньше 0,7 анк/м ² и в классе устойчивой кровли не меньше 0,5 анк/м ².

14. Во всех горных выработках и сопряжениях при расчетных смещениях кровли больше 150 мм, для исключения перегрузок, анкеры и усиливающие поддерживающие крепи устанавливаются с податливыми или с демпфирующими податливыми элементами, сминающимися при нагрузках, достигающих 80% от несущей способности анкера.

Для анкеров с частичным закреплением по длине шпура, необходимая величина податливости составляет до 20 мм при смещениях 150 мм и до 35 мм при смещениях 300 мм, а закрепленных по всей длине от 15 до 25 мм. При смещениях свыше 50 мм в горных выработках и сопряжениях, в кровле которых залегает угольный пласт и породы, отнесенные к опасным по горным ударам и выбросам, устанавливают анкеры с податливостью не менее 50 мм.

15. В условиях небольшого горного давления при расчетных смещениях кровли U _м до 50 мм горные выработки и сопряжения на весь срок службы закрепляют анкерной крепью. Для I типа кровли сопротивление анкерной крепи P _a и длину анкеров l _a, устанавливаемых в проходческом забое следует принимать по таблице N 6 приложения, где указывается общая длина анкеров с учетом их замковой части и выступающей в выработку части стержня. При ширине выработки от 8 до 12 м применять двухуровневую схему крепи (приложение N 4) с длиной анкеров первого уровня не менее 2,4 м.

Таблица N 6

Параметры крепи для I типа кровли

При II типе кровли сопротивление анкерной крепи P _a следует принимать как для I типа кровли, а длину анкеров меньше с учетом мощности непосредственной кровли h _н.к0,3 В и глубины закрепления анкеров в устойчивых прочных породах более или равной 0,5 м в соответствии с таблицей N 7 приложения, где при ширине выработки от 8 до 12 м следует применять двухуровневую схему крепи (приложение N 4) с длиной анкеров первого уровня не менее 2,0 м.

Таблица N 7

Параметры крепи для II типа кровли

При III типе кровли P _a и l _a принимать в соответствии с таблицей N 8 приложения, где при ширине выработки от 8 до 12 м следует применять двухуровневую схему крепи (приложение N 4) с длиной анкеров первого уровня не менее 2,4 м.

Таблица N 8

Параметры крепи для III типа кровли

При IV типе кровли P _a и l _a принимать в соответствии с таблицей N 9 приложения, где при ширине выработки от 8 до 12 м следует применять двухуровневую схему крепи (приложение N 4) с длиной анкеров первого уровня не менее 2,4 м.

Таблица N 9

Параметры крепи для IV типа кровли

Если мощность угольной пачки в кровле составляет 1,5-2,5 м, то длину анкеров принимают равной мощности угольной пачки плюс 0,6 м.

16. В условиях горного давления средней интенсивности при расчетных смещениях кровли U _м до 300 мм, в горных выработках и сопряжениях, охраняемых целиками шириной более 0,1 Н м, их крепление и поддержание в течение всего срока службы следует производить одной анкерной крепью с параметрами P _a и l _a:

при I типе кровли в соответствии с номограммой, приведенной на рисунке 1 приложения;

при II типе кровли P _a принимать в соответствии с номограммой на рисунке 1 приложения, а длину анкеров принимать в соответствии с таблицей N 7 приложения;

при III типе кровли сопротивление крепи и длину анкеров принимать на 10% больше рассчитанных по номограмме рисунка 1 приложения;

при IV типе кровли сопротивление крепи и длину анкеров принимать на 20% больше рассчитанных по номограмме рисунка 1 приложения.

Рис. 1. Номограмма для определения параметров анкерной крепи в кровле горной выработки (пунктирной линией показан ключ к определению P _a
и l _{a
по расчетным значениям} U _{к
), при параметрах, выходящих за область действия данной номограммы, применять двухуровневую схему крепи, по приложению N 4 к Инструкции}

17. В I и III типах кровли, при увеличении сопротивления анкерной крепи по сравнению с указанными в пунктах 15 и 16 приложения, длину анкеров можно уменьшить за счет повышения плотности установки анкеров на 10% при 1,3 P _a и на 20% при 1,5 P _a. При этом минимальная длина анкеров равна 0,35В при I типе и 0,4В при III типе кровли.

18. В условиях небольшого горного давления при расчетных смещениях кровли U _ц до 50 мм крепление и поддержание всех горных выработок и сопряжений проводится одной анкерной крепью, устанавливаемой в проходческом забое с параметрами сопротивления анкерной крепи P _a и длины анкеров l _a, аналогично пункту 15 приложения в соответствии с таблицами N 6-9.

19. В условиях горного давления средней интенсивности крепление и поддержание всех горных выработок и сопряжений следует производить одной анкерной крепью. При расчете анкерной крепи по смещениям U _ц за весь срок службы параметры анкеров P _a и l _a принимать в соответствии с пунктами 16 и 17 приложения.

20. При смещениях U _ц>200 мм, в I, III и IV типах кровли применять анкеры, устанавливаемые при проходке с P _а.п и l _а.п, рассчитанными по смещениям кровли U _м до влияния очистных работ, с последующим усилением на расстоянии до лавы 0,1Н анкерной крепью с параметрами P _а.у и l _а.у, равными:

P _а.у=P _a-P _а.п; (6)

l _а.у=l _a, (7)

где P _a и l _a - сопротивление анкерной крепи и длина анкеров по расчетным смещениям кровли U _ц на весь срок службы выработки.

21. При смещениях кровли превышающих 300 мм возможно крепление горной выработки анкерами в два уровня. P _a и l _a анкеров нижнего уровня принимаются по рисунку N 1 приложения, исходя из расчетных смещений кровли U _м до начала влияния первой лавы или по принятым смещениям равным U=150-200 мм.

Анкеры верхнего уровня (глубокого заложения) устанавливаются вслед за анкерами нижнего уровня при проходке горной выработки или позже на расстоянии до лавы 0,1Н.

22. При расчете параметров анкеров верхнего уровня ожидаемое давление пород свода на крепь обоих уровней на 1 погонный метр длины горной выработки P _св, кН/м, определяется по формуле:

, (8)

где B _p - расчетная ширина горной выработки, являющейся основанием свода давления пород кровли, м (рассчитывается согласно приложению N 4);

- объемный вес пород кровли горной выработки, кН/м ³;

h _св - высота свода естественного равновесия пород над горной выработкой, м, определяется по формуле:

h _св=k _свB _p, (9)

где k _св - коэффициент свода, определяемый по таблице N 1 приложения N 4.

Расчетное удельное давление пород свода на крепь P _св.у, кН/м ², определяется по формуле:

. (10)

Ожидаемое удельное давление пород свода на крепь верхнего уровня P _в.к.у, кН/м ², определяется по формуле:

P _в.к.у=P _св.у-k _р.в.нP _а.н.у, (11)

где P _а.н.у - сопротивление анкерной крепи нижнего уровня, определяемое, как и сопротивление анкерной крепи P _a, пункт 21 приложения;

k _р.в.н - коэффициент разгрузки анкеров глубокого заложения анкерами нижнего уровня, равен:

, (12)

где l _aкт - активная длина анкера нижнего уровня без выступающей части, м.

Длина анкера верхнего уровня l _к.а определяется по формуле 16 в приложении N 4.

Необходимая плотность установки анкеров глубокого заложения , определяется по формуле:

, (13)

где N _к.а - несущая способность одного анкера, кН.

Анкеры глубокого заложения (верхнего уровня) устанавливаются между рядами анкеров нижнего уровня.

Количество анкеров верхнего уровня в ряду n _р.в.к, определяется по формуле:

n _р.в.к=BП _в.кC _в.к, (14)

где C _в.к - расстояние между рядами анкеров верхнего уровня, м.

Принцип расположения анкеров глубокого заложения представлен в пунктах 18-20 приложения N 4. Необходимая величина закрепления анкеров глубокого заложения в скважине не менее 1,1 м.

23. В условиях небольшого и средней интенсивности горного давления крепление и поддержание кровли горных выработок проводится одной анкерной крепью с P _a и l _a, принимаемыми:

при смещениях кровли к моменту погашения горной выработки U _п до 50 мм аналогично пункту 15 приложения;

при смещениях больше 50 мм аналогично пунктам 16 и 17 приложения.

24. В условиях, где расчетные смещения кровли в продолжение всего срока службы U _п превышают 100 мм, при I, III и IV типах кровли, параметры анкерной крепи определяются по расчетным смещениям кровли горной выработки до влияния опорного давления погашающей лавы U _м. На расстоянии до лавы 0,1Н проводить установку анкеров усиления с P _а.у и l _а.у по пункту 20 приложения. Параметры сопротивления и длины анкерной крепи определяются расчетными смещениями кровли в продолжение всего срока службы горной выработки U _п, или проводится усиление установкой в средней части горной выработки податливых стоек с сопротивлением , равным:

P _с.у=1,5(P _a-P _а.п), (15)

где P _a - требуемое, по рисунку 1 приложения, сопротивление анкерной крепи по расчетным смещениям кровли U _п при погашении горных выработок, кН/м ²;

P _а.п - сопротивление установленной при проходке анкерной крепи, кН/м ².

25. В условиях проявлений горного давления, обозначенных в пункте 24, крепление горной выработки осуществляется установкой анкерной крепи по двухуровневой схеме, с расчетом параметров согласно пунктам 21 и 22 приложения. Расчетная ширина горной выработки B _p определяется согласно приложению N 4.

26. В условиях небольшого и средней интенсивности горного давления и расчетных смещений в течение всего срока службы при I, III и IV типах кровли до 100 мм, II типа кровли до 200 мм крепление и поддержание горной выработки производится анкерной крепью с P _a и l _a, принимаемыми:

при смещениях меньше 50 мм согласно пункту 15 приложения;

при смещениях больше 50 мм согласно пунктам 16 и 17 приложения.

27. В условиях, где при I, III и IV типах кровли расчетные смещения U _ц в продолжение всего срока службы превышают 100 мм, при II типе - 200 мм, применяется комбинированная крепь. Анкерная крепь, устанавливаемая при проходке горных выработок, имеет параметры P _а.п и l _а.п, определяемые расчетными смещениями U _м до влияния отрабатываемой лавы согласно пункту 20. При этом, на расстоянии до лавы равному десяти процентам глубины ведения горных работ - 0,1Н, крепь усиливается податливыми стойками с сопротивлением, принимаемым аналогично пункту 24 приложения.

28. При условиях, аналогичных пункту 27 приложения, вместо дополнительных стоек усиления может применяться анкерная крепь в два уровня с расчетом ее параметров по аналогии с пунктами 21, 22, 25. Расчетная ширина выработки B _p определяется согласно приложению N 4.

29. При I, III и IV типах кровли, со смещениями кровли до 300 мм, в проходческом забое устанавливается анкерная крепь с P _а.п и l _а.п, определяемыми по расчетным смещениями кровли U _м, до влияния первой лавы и усиливается податливыми стойками или анкерной крепью с параметрами, определяемыми аналогично пунктам 19 и 24 приложения с расчетными смещениями кровли 300 мм. При этом стоечная и анкерная крепи усиления устанавливаются на расстоянии 0,1Н перед первой лавой и сохраняются до конца срока службы горной выработки.

30. При II типе кровли в условиях, где U _м<100 мм, а затем смещения превышают 300 мм, крепление и поддержание горных выработок проводится анкерной крепью с сопротивлением и длиной анкеров, принимаемыми по номограмме рисунка 1 приложения при U=300 мм. Устанавливаемая при проходке анкерная крепь усиливается податливыми стойками с параметрами, определяемыми по пункту 29 приложения.

31. В выемочных горных выработках, охраняемых целиком шириной (2,5-3,0)m, а затем погашаемых за смежной лавой, крепление кровли анкерной крепью по двухуровневой схеме позволяет не применять стойки усиления. Параметры крепи рассчитываются аналогично пунктам 21 и 22. При этом в формуле 8 приложения расчетная ширина выработки B _p, определяется по формуле:

B _p=B+2в _p, (16)

где B _p равно 0,6-0,8 м. Величина B _p выражает размер возможного разрушения боков горной выработки (отжима угля), подставив ее в формулу 8 приложения, получим:

. (17)

Далее расчет ведется по методике, изложенной в пункте 22 приложения.

32. В выработках, поддерживаемых на границе с выработанным пространством, необходимо применять комбинированную крепь, состоящую из анкерной крепи, податливых стоек, усиливающей и посадочно-защитной крепи, устанавливаемой за отрабатываемой лавой для управления сдвижением и обрушением основной кровли с параметрами, определяемыми максимальными смещениями кровли, равными 300 мм, перед погашением горных выработок смежной лавой.

33. Анкерная крепь применяется в трех вариантах:

вариант 1 - c параметрами при проходке P _а.п и l _а.п, определяемыми расчетными смещениями кровли до влияния первой лавы U _м аналогично пунктам 15-17 приложения;

вариант 2 - c параметрами при проходке P _а.п и l _а.п, определяемыми расчетными смещениями кровли до влияния первой лавы аналогично пунктам 15-17 приложения и усиливаемой на расстоянии до лавы 0,1Н дополнительной анкерной крепью с параметрами, определяемыми максимальным смещением кровли перед погашением горной выработки смежной лавой, равными 300 мм аналогично пункту 19 приложения;

вариант 3 - с установкой анкерной крепи в два уровня с параметрами, определяемыми по пунктам 21, 22 приложения.

34. Если параметры анкерной крепи приняты по смещениям кровли до влияния первой лавы (вариант 1), то перед ней на расстоянии 0,1Н следует устанавливать податливые стойки с сопротивлением, аналогично пункту 24 приложения по смещениям U _п. В дальнейшем за сопряжением первой лавы на расстоянии 100-120 м и перед второй погашающей лавой на расстоянии 50-60 м сопротивление податливых усиливающих стоек следует принимать в соответствии с таблицей N 10 приложения.

35. Если параметры анкерной крепи приняты по варианту 2, то податливые усиливающие стойки устанавливают только на участках интенсивного сдвижения и обрушения основной кровли за первой и перед второй лавами с сопротивлением в соответствии с таблицей N 10 приложения.

36. Сопротивление посадочно-защитной крепи, которую необходимо устанавливать вслед за подвиганием лавы, принимают с учетом ее податливости в соответствии с таблицей N 11 приложения.

Таблица N 10

Сопротивление усиливающих стоек

37. При установке анкерной крепи в два уровня расчет ее параметров проводится по пункту 31 приложения. Величина B _p рассчитывается по формуле 16 приложения. Параметры крепи нижнего уровня рассчитываются по смещениям кровли в соответствии с рисунком N 1 приложения за период до влияния первой лавы или с ее влиянием. Стойки усиления в зонах опорного давления первой и второй лав не ставятся, однако вслед за подвиганием первой лавы необходимо устанавливать на границе с выработанным пространством двухрядную органную крепь из деревянных стоек с сопротивлением, сниженным вдвое по сравнению с данными таблицы N 11. Если стойки органной крепи обеспечивают устойчивость бока горной выработки, то посадочно-защитные тумбы не устанавливаются.

38. При поддержании горных выработок на границе с выработанным пространством, на пластах мощностью больше 3 м и расчетных смешениях до отрабатываемой лавы U _п больше 200 мм параметры крепи необходимо принимать по результатам проведения научно-исследовательских работ с последующим консультационно-методическим сопровождением документации крепления.

Таблица N 11

Сопротивление посадочно-защитной крепи

39. В пластовых горных выработках, проводимых вприсечку к выработанному пространству за зоной обрушения и сдвижения основной кровли на расстоянии свыше 200 м от забоя отрабатываемой лавы или не менее чем через 3 месяца после отработки лавы с оставлением защитной полосы угля шириной 2-4 м и погашением за смежной лавой, в условиях горного давления средней интенсивности крепление и поддержание допускается производить анкерной крепью с параметрами сопротивления крепи, длины и податливости анкеров, принимаемыми по расчетным смещениям кровли U _пр в продолжение всего срока службы горной выработки аналогично пункту 16 приложения.

40. В условиях интенсивного горного давления при расчетных смещениях U _пр до 300 мм, крепление и поддержание присечных горных выработок, закрепленных при проходке анкерной крепью, которая определена по расчетным смещениям U _o за период до влияния погашающей лавы в соответствии с пунктом 16, проводится с усилением дополнительной анкерной крепью или податливыми стойками на расстояниях 0,1H до погашающей лавы, с параметрами, принятыми в соответствии с пунктами 19, 24 приложения.

41. В условиях интенсивного горного давления крепление горных выработок анкерной крепью в два уровня с расчетом параметров по методикам, приведенным в пунктах 21, 22 приложения величина B _p определяется согласно приложению N 4.

42. При расчетных смещениях кровли U _пр больше 300 мм параметры крепления присечных горных выработок принимать по результатам проведения научно-исследовательских работ с последующим консультационно-методическим сопровождением документации крепления.

43. В монтажных камерах, закрепленных одной анкерной крепью, устанавливаемой в проходческом забое, при I, II и III типах кровли и всех величинах расчетных смещений, P _a и l _a определяются:

при смещениях меньше 50 мм по пункту 15 приложения;

при смещениях больше 50 мм по пунктам 16, 17 приложения.

При определении P _a и l _a необходимо учитывать, что по всей длине камеры они будут одинаковыми и определяются смещениями U _м только в случае охраны штрека целиком l _ц шириной более 0,1H. В остальных случаях - при охране штрека целиком шириной менее 0,1H, при проведении его вприсечку, при поддержании на границе с выработанным пространством для различных участков камеры на расстоянии от отработанной лавы менее 0,1H, P _a и l _a принимаются с учетом влияния очистных работ по расчетным смещениям кровли U _p, определяемым по формуле:

, (18)

где U _oxp - расчетное смещение кровли горной выработки, в зависимости от способа охраны. U _охр=U _ц при охране целиком l _ц шириной больше 15 м и U _охр=300 мм при охране целиком шириной (2,5-3,0)m, при проведении вприсечку или поддержании на границе с выработанным пространством.

44. В условиях, где не обеспечивается устойчивость монтажной камеры при расчете параметров крепи по пункту 43, а также для уменьшения трудоемкости и увеличения скорости проходки, допускается применение документации крепления с сопротивлением анкерной крепи не менее 50 кН/м ², установкой ее в проходческом забое с длиной анкеров 0,3В и плотностью в соответствии с пунктом 13 приложения, с усилением на расстоянии от забоя не более 20 м, податливыми стойками с сопротивлением не менее 60 кН/м ² определяемым в соответствии с пунктом 24 приложения и смещениями рассчитанными по пункту 43 приложения.

45. Во всех условиях устойчивости монтажной камеры допускается ее крепление по двухуровневой схеме в соответствии с параметрами, рассчитываемыми по методике, представленной в приложении N 4, кроме особо сложных условий.

1. Область действия распространяется на горные выработки шириной в проходке до 12 м, при следующих способах их охраны от влияния очистных работ:

вне влияния очистных работ при ширине охранных угольных целиков больше 0,1H, но не менее 30 м;

в зоне влияния очистных работ с шириной охранного целика более 15 м, но не менее 0,1H.

2. В зависимости от характеристики пород кровли и ширины проводимой горной выработки возможны три схемы их проведения:

схема I - проведение горной выработки сразу на полную ширину В с величиной заходки l _зах не менее шага установки крепи С (расстояние между рядами анкеров);

схема II - проведение горной выработки двумя заходками с разделением ее ширины на две части (B _1з и B _2з);

схема III - поэтапное проведение широкой горной выработки.

Для I и II схем должно выполняться условие:

S _уS _пр, (1)

где S _пр - площадь проводимой заходки, м ²;

S _у - площадь устойчивого обнажения пород кровли, зависящая от класса пород кровли по устойчивости, определяемого по таблице N 5 приложения N 1, имеет следующие значения:

I класс, неустойчивые породы - S _у=2,0-5,0 м ²;

II класс, породы средней устойчивости - S _у=5,0-10,0 м ²;

III класс, устойчивые породы - S _у=10,0-20,0 м ².

Величина S _пр регламентируется документацией крепления горной выработки с учетом шага установки крепи.

Для схемы I необходимо выполнение условия:

S _уBl _зах, (2)

Для схемы II необходимо выполнить условие:

(3)

I и II схемы проведения горной выработки показаны на рисунке 1 приложения.

При III схеме широкая горная выработка проводится в два этапа. На первом этапе она проводится и крепится на всю длину. На втором проводится присечка и горная выработка расширяется до проектной ширины.

3. Исходными данными при расчете показателей проявлений горного давления для определения параметров анкерной крепи широких горных выработок являются следующие:

условия проходки, охраны и поддержания горной выработки;

срок службы горной выработки t, год;

расчетная глубина размещения горной выработки от поверхности Н, м;

тип строения пород кровли и их устойчивость;

мощность слоев пород , на высоту равную ширине горной выработки В, м;

сопротивление одноосному сжатию каждого слоя пород кровли и боков горной выработки R _c, МПа;

нарушенность пород трещиноватостью k _c;

направление проходки горной выработки (в крест простирания пород, по простиранию, под углом);

ширина и высота горной выработки в проходке В и h, м;

расстояние до других горных выработок l, м;

количество заходок и их ширина ;

расстояние до очистных работ, l _o, м;

характеристика крепи (несущая способность анкеров, тип затяжки, подхватов).

Рис. 1. Технологические схемы проведения горной выработки на полную ширину В: а) - с величиной заходки равной С; б) с величиной заходки равной 2С; в) - с разделением ширины горной выработки на две заходки B _1з
и B _2з

Основные перечисленные исходные данные, необходимые для расчета смещений пород в горных выработках, определяются и принимаются в соответствии с положениями раздела I приложения N 1 к Инструкции.

4. На основе геологических данных определяется тип пород по строению, обрушаемости и устойчивости согласно разделу I приложения N 1 к Инструкции. По формулам 3 и 4 приложения N 1 к Инструкции определяются расчетные сопротивления сжатию пород кровли и боков горной выработки. По изложенным требованиям раздела I приложения рассчитываются устойчивые пролеты кровли в заходках и определяется количество заходок. Рассчитываются смещения пород кровли в широкой горной выработке и в ее заходках. С учетом интенсивности проявлений горного давления выбирается вид крепи, и определяются ее параметры.

5. Величину расчетных смещений пород кровли U _o широких горных выработок, проводимых и поддерживаемых в продолжение всего срока службы вне влияния очистных работ или отделенных от них целиком шириной не менее 0,1H, определяют по формуле:

U _o=U _тk k _вk _шk _a, (4)

где U _т - типовые смещения кровли в горных выработках с анкерной крепью, определяемые в зависимости от глубины Н и расчетного сопротивления пород в кровле одноосному сжатию R _c по номограмме рисунка 2 приложения N 3, где смещения показаны для условий при В=5 м, ;

k  - коэффициент, учитывающий направление проходки горных выработок, принимаемый равным 1,0 при проведении их по простиранию пород и равным 0,7 при проведении в крест простирания. При проведении горных выработок под углом к простиранию значение k =0,7-1,0;

Рис. 2. Типовые смещения кровли U _т в массиве при ширине горной выработки В=5 м и расчетном сопротивлении пород кровли одноосному сжатию R _c, МПа

k _в - коэффициент, учитывающий влияние смежных параллельных горных выработок, принимаемый равным 1,0 при расстояниях от них l15 м, а при l<15 м, определяемый по формуле:

, (5)

k _ш - коэффициент, учитывающий отличие ширины проводимой горной выработки от В=5 м, принимаемый равным:

k _ш=0,25(B-1), (6)

k _a - коэффициент, учитывающий степень связывания и упрочнения пород за счет принимаемой длины закрепления стержня анкера в скважине (шпуре) скрепляющим составом:

при длине закрепления 0,5 м, k _a=1,0;

при длине 1,0 м k _a=0,85; по всей скважине (шпуре) k _a=0,75.

При проведении горной выработки двумя заходками с разделением ее ширины на две части B _1з и B _2з, рисунок 1 приложения, величину расчетных смещений кровли в каждой заходке определяют по формуле 4 приложения, принимая значение k _ш по общей ширине горной выработки.

6. В горных выработках, проводимых в массиве и поддерживаемых в зоне влияния очистных работ с шириной охранного целика менее 0,1H, величина расчетных смещений кровли U _k, определяется по формуле:

U _k=U _o+U _цk k _шk _вk _ak _кр, (7)

где U _ц - смещение кровли горной выработки в зоне влияния очистных работ, определяемое в зависимости от l _ц , H и R _c по номограмме рисунка 3 приложения;

k _кр - коэффициент, учитывающий обрушаемость основной кровли, принимаемый для легкообрушающейся кровли - 0,8, среднеообрушающейся - 1,0 и труднообрушающейся - 1,2.

Остальные входящие в формулу 7 приложения параметры указаны в расшифровке формулы 4 приложения.

7. На основании расчетной величины смещений пород кровли горных выработок за весь срок службы производится оценка условий их поддержания по интенсивности проявлений горного давления, таблица N 1 приложения.

8. Конструкцию анкерной крепи широких горных выработок выбирают в зависимости от категории интенсивности проявлений горного давления, определяемой величиной смещений кровли, таблица N 1 приложения.

9. В условиях I категории интенсивности горного давления при породах кровли II типа по обрушаемости крепление широких горных выработок осуществляется сталеполимерной анкерной крепью с металлической сварной решеткой и подхватами с установкой анкеров в один уровень. Анкеры работают по схеме "подвешивания" пород непосредственной кровли к вышележащим прочным породам.

10. Анкерную крепь устанавливают в два уровня в условиях I категории интенсивности горного давления (при наличии I и III типах кровли по обрушаемости), II и III категории интенсивности проявления горного давления.

11. При I категории интенсивности проявления горного давления, слоистых породах кровли II типа по обрушаемости крепление осуществляется анкерами первого уровня с формированием несущей породной конструкции в виде балки или плиты.

12. Областью применения анкеров глубокого заложения на шахтах является: упрочнение кровли монтажных и демонтажных камер, крепление сопряжений горных выработок, усиление сопряжений лавы с горными выработками, крепление горных выработок, сохраняемых на границе с выбранным пространством, усиление крепи ранее пройденных горных выработок, крепление подвесных монорельсовых дорог.

13. Анкеры глубокого заложения закрепляются в шпуре ампулами на основе минеральных композиций (далее - АМК), полиэфирных смол, нагнетанием полимерных смол или минеральных композиций.

Анкеры глубокого заложения устанавливают под опорные плиты размерами 180x180x8-10, 250x250x8-10, 300x300x8-10 мм или отрезки специального взаимозаменяемого профиля N 17...40 (далее - СВП-17...40) или "бесконечный" подхват из СВП 17...40. Кровля полностью перетягивается решетчатой затяжкой.

1. Для условий I категории интенсивности проявлений горного давления, при породах II-го типа по обрушаемости крепление широких горных выработок осуществляется анкерной крепью в один уровень. Сопротивление анкерной крепи и длина анкеров, устанавливаемых в один уровень, определяются по таблице N 7 приложения N 1 к Инструкции.

2. В условиях I категории интенсивности горного давления при I, III и IV типах пород кровли, анкерную крепь следует устанавливать в два уровня, параметры крепи первого уровня принимаются: длина анкера не менее 2,4 м, плотность установки анкеров не менее 1 анкера на м ².

3. При наличии в кровле горной выработки мощного угольного слоя на высоту не менее 0,8В анкерную крепь устанавливают в два уровня, параметры крепи первого уровня определяются по номограмме рисунка 1 приложения.

4. Расчетное удельное давление пород кровли на анкерную крепь первого уровня , создаваемое весом пород непосредственной кровли, определяется по формуле:

P _н.а=l _актk _n, (1)

где l _aкт - активная длина анкера первого уровня (без выступающей части), м, определяемая по формуле:

l _акт=l _а-l _в, (2)

здесь l _a - длина анкера, м. Величина l _a принимается не менее 2,4 м;

l _в - выступающая внутрь горной выработки часть анкера, принимаемая не более 0,2 м;

k _n - коэффициент пригрузки от вышележащих пород, равный 1,2-1,5 м;

- объемный вес пород кровли, кН/м ³.

Установка анкеров первого уровня производится непосредственно у забоя вслед за обнажением кровли проводимого цикла.

Рис. 1. Номограмма для определения параметров анкерной крепи первого уровня в зависимости от прочности угольной пачки и ширины горной выработки

5. Необходимая плотность установки анкеров первого уровня П _н.а, определяется по формуле:

, (3)

где N _a - несущая способность анкера, кН.

Для обеспечения устойчивости кровли плотность установки анкеров первого уровня П _н.а не должна быть меньше минимально допустимой П _min, которая составляет при неустойчивых породах 1 анк/м ², при породах средней устойчивости - 0,7 анк/м ² и при устойчивой непосредственной кровле - 0,5 анк/м ².

6. Количество анкеров первого уровня в каждом ряду n _р.н принимается:

от 3 до 4 при В = 4 м (В - ширина горной выработки);

от 4 до 5 при 4 < В < 5 м;

от 5 до 6 при 5 < В < 6 м;

от 6 до 7 при 6 < В < 7 м;

от 7 до 8 при 7 < В < 8 м;

от 8 до 9 при 8 < В < 9 м;

от 9 до 10 при 9 < В < 10 м;

от 10 до 11 при 10 < B < 11;

от 11 до 12 при 11 < В < 12.

7. Расстояние между рядами анкеров первого уровня C _к.н определяется по формуле:

. (4)

8. Расстояние между рядами анкеров первого уровня C _к.н сравнивается с допустимым по условию устойчивости контура кровли C _к.н.min, которое вычисляется по формуле:

, (5)

где П _min - минимально допустимая плотность анкеров.

Шаг установки анкеров первого уровня C _к.н не должен быть больше C _к.н.min, а плотность установки анкеров первого уровня П _н.а должна превышать величину П _min.

Крайние анкера первого уровня располагают с отклонением от нормали к слоистости или горизонтальной поверхности на 15-20° в сторону боков горной выработки, на расстоянии от них не более 0,3 м.

9. Расстояние между анкерами первого уровня в рядах С _р.к.н, определяется по формуле:

. (6)

10. Возведенное сопротивление анкерной крепи первого уровня , определяется по формуле:

. (7)

11. Необходимость крепления боков горной выработки устанавливается сравнением прочности угля (пород) в ее боках на сжатие R _су с возможным давлением пород на бока горной выработки.

Условие устойчивости боков имеет вид:

R _суkH, (8)

где k - коэффициент концентрации давления для горных выработок, пройденных в массиве угля вне зоны опорного давления или при ширине целика более 0,1H м, но не менее 30 м, k=1,1-1,2. Для монтажных камер, отделенных от выработанного пространства целиком угля не более 15 м, k - принимают равным 2,0-2,5;

- объемный вес пород кровли, принимается 0,025, МН/м ³.

При соблюдении условия в формуле 8 приложения крепления боков не требуется (в _р=0). В противном случае величина возможного разрушения боков горной выработки (в _р) принимается равной 0,6-0,8 м с каждой стороны.

Если отношение глубины проведения горной выработки от поверхности Н, м, к расчетному сопротивлению пород в кровле на одноосное сжатие R _c, МПа, от 25 до 30, то в _р, рассчитывается по формуле:

, (9)

где h - высота горной выработки, м;

- угол внутреннего трения угля в боках горной выработки, град.

12. Расчет анкеров в боках горной выработки проводится по величине относительной напряженности. Длина анкеров и необходимое сопротивление крепи определяются по номограмме рисунка 1 приложения N 2 к Инструкции. Длина анкера сравнивается с величиной в _р, увеличенной на 0,5 м. Принимается большая величина. Расчет других параметров и установка анкеров в боках производится с учетом приложения N 2 к Инструкции.

Количество анкеров в боках принимают в зависимости от мощности разрушающихся пород (угля) в боках m _p и составляет 1 анкер при m _p<1,0 м, 2 анкера при 1,0<m _p2,5 м и 3 анкера в вертикальном ряду при m _p>2,5 м.

13. Высота свода естественного равновесия пород над горной выработкой, определяется по формуле:

h _св=k _свB _p, (10)

где k _св - коэффициент свода, определяемый по таблице N 1 приложения;

B _p - расчетная ширина горной выработки, с учетом возможного разрушения (отжима угля) боков, определяемая по формуле:

B _p=B+2в _р. (11)

Таблица N 1

Значения коэффициента свода естественного равновесия

14. Ожидаемое давление пород свода естественного равновесия на один погонный метр горной выработки со стороны кровли, закрепленной анкерами глубокого заложения P _св, определяется по формуле:

. (12)

15. Расчетное удельное давление пород свода естественного равновесия на анкеры глубокого заложения , определяется по формуле:

. (13)

16. Ожидаемое удельное давление пород свода естественного равновесия на анкеры глубокого заложения , определяется по формуле 13 приложения за вычетом доли возведенного сопротивления анкеров первого уровня, формула 7 приложения.

, (14)

где k _р.в.н - коэффициент разгрузки анкеров глубокого заложения за счет анкеров первого уровня, определяется по выражению:

. (15)

17. Длина анкера глубокого заложения (канатного анкера) определяется по формуле:

l _к.а=h _св+l _з+l _в, (16)

где l _з - длина закрепления анкера глубокого заложения выше контура свода естественного равновесия, принимается 0,8-1,0 м;

l _в - выступающая внутрь горной выработки часть анкера, принимаемая 0,15-0,2 м.

Полученную длину анкера округляют до 0,5 м в большую сторону.

18. Анкеры глубокого заложения устанавливают между рядами анкеров первого уровня.

Количество анкеров глубокого заложения в ряду принимается в зависимости от ширины горной выработки в следующей зависимости, не менее:

при В5,5 м - 2 анкеров глубокого заложения;

5,5<B7 м - 3 анкеров глубокого заложения;

7<B9 - 4 анкеров глубокого заложения;

9<B12 м - 5-6 анкеров глубокого заложения.

Установка анкеров глубокого заложения при среднеустойчивой непосредственной кровле проводится на расстоянии не более 20 м от забоя проводимой выработки. При мощности непосредственной кровли, превышающей активную длину анкеров первого уровня, анкеры глубокого заложения устанавливаются на расстоянии не более 10 м от забоя.

19. Плотность установки анкеров глубокого заложения П _в.к, определяется по формуле:

, (17)

где N _к.а - несущая способность анкера глубокого заложения, кН.

20. Расстояние между рядами анкеров глубокого заложения C _в.к и анкеров первого уровня C _к.н одинаково, так как анкера глубокого заложения устанавливают между рядами анкеров первого уровня.

Количество анкеров глубокого заложения в ряду n _р.в.к принимается по пункту 18 приложения и проверяется по формуле:

n _р.в.к=BП _в.кC _в.к. (18)

Если расстояние между рядами анкеров глубокого заложения не увязано с расстоянием C _к.н, то величина C _в.к определяется по формуле 18 приложения по принятому количеству n _р.в.к в рядах.

21. Расстояние между анкерами глубокого заложения в рядах C _р.в.к, определяется по формуле:

, (19)

где 2,0 - суммарное расстояние от крайних анкеров глубокого заложения до боков камеры, м.

22. Возведенное сопротивление анкеров глубокого заложения , определяется по формуле:

. (20)

23. Общее сопротивление анкеров первого уровня и анкеров глубокого заложения, определяется по формуле:

P _сум=k _р.в.нP _в.н+P _в.в.к . (21)

24. Выполняется проверка надежности установленной анкерной крепи по условиям:

суммарное сопротивление крепи P _сум больше удельного давления пород свода P _св.у;

для предотвращения обрушения скрепленных анкерами первого уровня пород, их удельное давление , определяемое по формуле 22 приложения, должно быть меньше возведенного сопротивления канатных анкеров P _в.в.к.

P _о.н=l _акт, (22)

где l _aкт - активная длина анкеров (первого уровня), м.

При несоблюдении вышеназванных условий необходимо увеличить количество канатных анкеров в их рядах.

25. Во всех случаях при одноуровневой или двухуровневой схеме крепления кровли широких горных выработок (линейная часть) при их ширине более 9 м под верхняками анкерной крепи первого уровня следует устанавливать стойки усиления в один ряд. При высоте выработки более 3,5 м допускается крепить по двухуровневой схеме без стоек усиления с обязательным расположением датчиков контроля деформационного состояния пород кровли (реперы глубинные с контролем не менее трех уровней) через 35-40 м.

26. Крепление кровли камеры осуществляется анкерами ампульного, ампульно-нагнетательного или нагнетательного исполнения в один уровень в комбинации с необходимыми подхватами и затяжками. Область применения распространяется на монтажные камеры породы кровли, которых относятся к I и II типам по обрушаемости, при условии заполнения шпуров (скважин) скрепляющим раствором по всей длине.

27. Длина анкеров в данном случае, определяется по формуле:

l _a=m _н.с+l _в, (23)

где m _н.с - мощность несущего слоя, м;

l _в - выступающая часть анкера, м.

28. Мощность несущего слоя m _н.с, рассчитывается по формуле:

, (24)

где - коэффициент концентрации напряжений в массиве при проведении монтажной камеры, =2,5-2,7;

k _у - коэффициент упрочнения пород за счет анкерования. При установке анкерной крепи нормально к напластованию при полном заполнении шпура скрепляющим раствором k _у=1,5-2,0;

k _п - коэффициент пригрузки нижнего слоя кровли, k _п=2,5-3,0.

29. Удельная нагрузка на анкерную крепь, кН/м ², рассчитывается по формуле:

P _а.к.у=m _н.сk _з, (25)

где k _з - коэффициент запаса, k _з=1,2-1,7.

30. Количество анкеров в ряду, необходимое для создания несущего слоя рассчитывается по формуле:

, (26)

где C _к - принятое по условиям обеспечения устойчивости кровли расстояние между рядами анкеров, м;

N _a - несущая способность анкера, кН.

31. Требуемое расстояние между анкерами в рядах определяется по формуле 6 приложения.

1. Способы сооружения демонтажной камеры:

формирование камеры из очистного забоя;

заблаговременная проходка камеры и введение в нее механизированного комплекса (расчет параметров анкерной крепи предварительно пройденной демонтажной камеры выполняется по результатам проведения научно-исследовательских работ с последующим консультационно-методическим сопровождением документации крепления).

Расчет параметров анкеров первого уровня на участке формирования демонтажной камеры под механизированный комплекс выполняется по методике раздела II и формулам 1-3 приложения N 4 к Инструкции.

2. Расчет параметров анкеров первого уровня в демонтажной дорожке выполняется по методике раздела II и формулам 1-7 приложения N 4 к Инструкции. Нагрузка на анкеры при этом определяется весом пород непосредственной кровли с учетом пригрузки от вышележащих пород. При определении расстояния между рядами анкеров первого уровня C _к.н по формуле 4 приложения N 4 к Инструкции за значение ширины демонтажной дорожки B _ф принимается расстояние от края жесткого перекрытия секции до бока демонтажной камеры.

3. Нагрузка на крепь обоих уровней определяется весом пород в пределах свода естественного равновесия. Расчетная ширина демонтажной дорожки, определяется по формуле:

B _p=B _ф+R _L, (1)

где R _L - радиус зоны предельного состояния пород, параметры которого приведены в таблице N 1 приложения, м.

Таблица N 1

Размер зоны предельного состояния угля в боку демонтажной камеры

4. Высота пород свода естественного равновесия над горной выработкой, определяется по формуле:

h _св=k _свB _p, (2)

где k _св - коэффициент свода естественного равновесия, определяемый по таблице N 1 приложения N 4 к Инструкции.

5. Ожидаемое давление пород свода естественного равновесия на один погонный метр демонтажной дорожки со стороны кровли P _св, закрепленной анкерной крепью, определяется по формуле:

, (3)

где - объемный вес пород кровли, кН/м ³.

Рис. 1. Крепление демонтажной камеры при ее формировании из очистного забоя: I - участок формирования демонтажной камеры под механизированный комплекс; II - участок транспортировки в демонтажной камере; 1 - анкеры первого уровня; 2 - канатные анкеры; 3 - анкеры в грудь забоя

6. Расчетное удельное давление пород свода естественного равновесия на крепь , определяется по формуле:

. (4)

7. Длина канатных анкеров (анкеров глубокого заложения) l _к.а, устанавливаемых в кровлю демонтажной дорожки, определяется по формуле 16 приложения N 4 к Инструкции.

8. Удельное возведенное сопротивление крепи первого уровня, приходящееся на 1 м ² кровли при фактической ширине горной выработки B _ф, определяемой по формуле 1 приложения, равно:

, (5)

где n _р.н - количество анкеров в ряду;

N _a - несущая способность анкера первого уровня, кН;

C _к.н - расстояние между рядами анкеров первого уровня, определяемое по пунктам 7 приложений N 3 и N 4 к Инструкции, м.

9. Расчетное удельное сопротивление канатных анкеров (анкеров глубокого заложения) P _к.в.у, рассчитывается по формуле:

P _к.в.у=P _св.у-k _р.в.нP _в.н.у, (6)

где k _р.в.н - коэффициент разгрузки канатных анкеров (анкеров глубокого заложения) определяемый по формуле 15 приложения N 4 к Инструкции.

10. Необходимая плотность установки канатных анкеров (анкеров глубокого заложения) - П _в.к, определяется по формуле:

. (7)

Количество канатных анкеров (анкеров глубокого заложения) в ряду n _р.в.к принимается по пункту 18 приложения N 4 к Инструкции и проверяется по формуле:

n _р.в.к=B _фП _в.кC _в.к. (8)

Расстояние между канатными анкерами (анкерами глубокого заложения) в рядах
C _р.в.к , рассчитывается по формуле:

. (9)

Возведенное сопротивление канатных анкеров (анкеров глубокого заложения) - P _в.в.к, определяется по формуле:

. (10)

11. Проверка надежности установленной анкерной крепи в кровле выполняется по условиям пункта 24 приложения N 4 к Инструкции.

Суммарное возведенное сопротивление анкеров глубокого заложения (канатных анкеров) и доля сопротивления анкеров первого уровня должно быть больше удельного давления пород свода естественного равновесия:

P _в.в.к+k _р.в.нP _в.н.у>P _св.у. (11)

Удельное давление пород, скрепленных анкерами первого уровня, определяемое по формуле 22 приложения N 4 к Инструкции должно быть меньше возведенного сопротивления канатных анкеров:

P _о.н<P _в.в.к. (12)

12. При сооружении демонтажной камеры, крепление ее бока проводится только со стороны угольного массива, при проведении последнего цикла демонтажной дорожки следом за комбайном.

Длина анкеров устанавливаемых в боку, определяется по формуле:

, (13)

где R _L - радиус зоны предельного состояния пород, параметры которого приведены в таблице N 1 приложения, м;

l _з - величина закрепления анкера, принимается не менее 0,5 м;

l _в - выступающая часть анкера, м.

Расстояния между рядами анкеров, устанавливаемых в боках и кровле, принимается равными. Анкеры устанавливаются с подхватами и затяжкой. Количество анкеров в ряду принимается в соответствии с пунктом 12 приложения N 4 к Инструкции.

4. Сопротивление P _a и длина анкерной крепи l _a для схемы расположения слоевых горных выработок одна под другой определяются по номограмме, представленной на рисунке N 1 приложения, с учетом прочности межслоевой угольной пачки на сжатие и ширины горной выработки.

5. Необходимое количество анкеров в ряду, определяется по формуле:

, (2)

где C _к - принятое расстояние между рядами анкеров, м;

N _a - несущая способность анкера, кН.

6. Расстояние между анкерами в ряду вычисляется по формуле 6 приложения N 4 к Инструкции.

7. Определение параметров анкерной крепи горных выработок, пройденных по почве мощного пласта при системе разработки с выпуском подкровельной толщи, осуществляется аналогично пунктам 4-6 приложения.

8. Крепление монтажной камеры анкерной крепью по нижнему слою допускается только при расположении ее в массиве угля относительно монтажной камеры верхнего слоя. В этом случае необходимо определить зону максимума опорного l _max.оп давления от краевой части массива монтажной камеры верхнего слоя и монтажную камеру нижнего слоя располагать за пределами этой зоны, рисунок 2 приложения. Размеры зоны определяются с учетом релаксации напряжений и зависят от прочности угля, мощности вынимаемого верхнего слоя и глубины работ. Монтажную камеру нижнего слоя необходимо располагать на расстоянии 2l _max.оп, определяемом по рисунку 2 приложения.

9. Расчет параметров анкерной крепи в монтажной камере нижнего слоя необходимо вести по двухуровневой схеме.

10. Расчет параметров анкерной крепи в монтажной камере при отработке мощного пласта системой с выпуском подкровельной толщи вести по двухуровневой схеме, при этом параметры анкеров первого уровня определяют в соответствии с пунктами 4-6 приложения, параметры анкеров глубокого заложения - в соответствии с приложением N 4 к Инструкции, длина канатных анкеров принимается на 1,0-1,2 м больше мощности угольной пачки.

Рис. 1. Номограмма для определения параметров анкерной крепи в горных выработках, пройденных по нижнему слою: P <sub>a
- сопротивление анкерной крепи,</sub> кН/м ^2
; R <sub>c
- расчетное сопротивление кровли сжатию, МПа; B - ширина горной выработки, м</sub>

Рис. 2. Номограмма для определения зоны максимума опорного давления от краевой части массива камеры верхнего слоя

1. Применение анкерной крепи на пластах склонных к горным ударам и внезапным выбросам угля (породы) и газа не увеличивает риски удароопасности и выбросоопасности при проведении и дальнейшей эксплуатации горных выработок.

2. При проведении горных выработок по пластам, склонным к горным ударам и внезапным выбросам угля (пород) и газа, необходимо выполнять профилактические мероприятия с целью приведения массива в безопасное состояние.

3. Выполнение профилактических мероприятий, оказывает влияние на условия проведения выработок, изменяет геомеханические и деформационные состояния горного массива, снижает прочность пород и увеличивает их смещения.

4. При расчете параметров анкерной крепи горных выработок, проводимых по пластам склонным к горным ударам и внезапным выбросам угля (породы) и газа, необходимо учитывать влияние на геомеханическое состояние вмещающих пород следующих профилактических мероприятий:

региональная предварительная подработка и (или) надработка массива с последующим проведением в нем подготовительных горных выработок;

бурение разгрузочных скважин в окружающем угольном массиве в период проведения горной выработки;

выполнение гидрообработки угольного массива.

5. Для возможности применения анкерной крепи в горных выработках, проходимых по ранее подработанным пластам, необходимо выполнение следующих условий:

определение допустимой кратности отношения глубины работ (Н) к средневзвешенной расчетной прочности пород кровли подработанного пласта R _п.

определение высоты зоны пород интенсивной трещиноватости в подработанном массиве для исключения размещения горной выработки в этой зоне.

6. Возможность применения анкерной крепи в горных выработках, проводимых на подработанных пластах, по критерию соотношения глубины работ и средневзвешенной расчетной прочности пород кровли подработанного пласта допускается, если выполняется выражение:

, (1)

где H - глубина расположения горной выработки на подработанном пласте, м;

R _п - средневзвешенная расчетная прочность пород (угля) кровли подработанного пласта, определяемая по формуле:

для породы:

; (2)

для угля:

, (3)

здесь R _c - сопротивление пород кровли горной выработки на одноосное сжатие, рассчитываемое по пункту 5 приложения N 1 к Инструкции;

h _п - расстояние от отработанного пласта в кровлю по нормали до уровня расположения горной выработки на подработанном пласте, м;

m - мощность подрабатывающего пласта, м.

7. Область применения анкерной крепи в горных выработках, проводимых на подработанных пластах, определяется соотношением расстояния от отработанного пласта в кровлю по нормали до уровня расположения горной выработки на подработанном пласте и высоты зоны интенсивной трещиноватости. Допускается применение анкерной крепи, если выполняется соотношение:

h _p=k _трh ₁, (4)

где k _тр - коэффициент трещинообразования, который изменяется в пределах 1,375-1,75 и принимается в зависимости от исходной прочности пород подработанной толщи на сжатие по графику рисунка 1 приложения;

h ₁ - мощность обрушившейся толщи пород, м, равная:

, (5)

здесь k _p - коэффициент разрыхления пород, определяемый опытным путем или ориентировочно принимаемый по таблице N 1 приложения.

При этом проведение горных выработок на участках подработки допускается не ранее 6-12 месяцев со дня окончания подработки после активной стадии сдвижения пород кровли.

8. Расчет параметров анкерной крепи ведется в соответствии с положениями разделов данной Инструкции до начала проведения горных выработок, после определения критериальных параметров, подтверждающих возможность применения анкерной крепи в горных выработках на пластах, склонных к горным ударам и внезапным выбросам угля (породы) и газа и осуществления региональных мероприятий по приведению массива в безопасное состояние предварительной подработкой. При этом за исходную расчетную прочность породы (угля) на подработанном участке принимается величина R _п, определяемая по формулам 2 и 3 приложения.

Таблица N 1

Значения коэффициента разрыхления пород

Рис. 1. Изменение коэффициента трещиноватости пород от их предела прочности на сжатие

9. По горно-геологической характеристике участка определяем тип кровли по обрушаемости и устойчивости по таблицам N 4 и N 5 приложения N 1 к Инструкции.

10. Определяем расчетное сопротивление пород кровли на сжатие R _c на участках без разгрузки по формуле 3 приложения N 1 к Инструкции.

11. В зависимости от прочности пород кровли, места расположения горной выработки, способа охраны, размеров охранных целиков, конструкции анкерной крепи, в соответствии с формулами и графиками, приведенными в Инструкции, определяем величину расчетных смещений кровли U _к при отсутствии разгрузочных скважин.

12. Определяем средневзвешенное сопротивление угля в массиве, разгруженного скважинами по формуле:

, (6)

где R _с.у - прочность на сжатие угля в массиве, МПа;

R _с.р - сопротивление на сжатие угля в зоне влияния разгрузочных скважин, МПа, определяется по формуле:

, (7)

здесь m - мощность угольного пласта, м;

D - диаметр скважины, м;

h _m - мощность пласта с учетом пробуренной скважины, м, равная:

h _m=m-D, (8)

L _м - общая длина участка массива угля, разбуренного разгрузочными скважинами;

l _м.осл - длина участка массива, ослабленного скважинами, м, равная:

l _м.осл=n ₁·3D, (9)

здесь n ₁ - число пробуренных скважин;

l _н - длина участка массива, не нарушенного скважинами, м, равная:

l _н=L _м-l _м.осл . (10)

13. Определяем коэффициент влияния разгрузочных скважин на смешение кровли горной выработки, закрепленной анкерной крепью:

, (11)

где - объемный вес угля, подставляемый здесь в МН/м ³;

H - глубина расположения горной выработки, м;

R _св - средневзвешенная прочность угля в массиве, разбуренном скважинами, определяемая по формуле 7 приложения.

14. Определяем величину смещения кровли горной выработки с учетом влияния разгрузочных скважин:

, (12)

где U _к1 - смещение кровли без влияния разгрузочных скважин;

k _ср - коэффициент влияния разгрузочных скважин на величину смещения кровли, определенный по формуле 12 приложения.

15. По величине смещения кровли в соответствии с разделами данной Инструкции, определяем необходимое сопротивление анкерной крепи P _a и длину анкеров l _a.

16. В соответствии с разделами Инструкции в зависимости высоты h и расчетной ширины горной выработки В принимаем необходимое количество анкеров в рядах кровли n _к и боков n _б.

17. Требуемое расстояние между рядами анкеров в кровле и боках горной выработки, определяется по формулам:

; (13)

, (14)

где - несущая способность анкерной крепи в кровле и боках горной выработки, кН;

- необходимое сопротивление анкерной крепи в кровле и боках горной выработки, кН/м ²;

- количество анкеров в рядах кровли и боков, шт.

18. Определяется тип кровли по обрушаемости и устойчивости, расчетное сопротивление пород кровли сжатию R _c, МПа, и величина расчетных смещений кровли в соответствии с приложениями N 1, 3, 7, 8, 14, 16, 17 к Инструкции.

19. Определяется влажность горной породы в естественном состоянии W, %, и при полном влагонасыщении W _п, %.

20. По результатам лабораторных испытаний определяем прочность на сжатие угольного массива в естественном состоянии R _e, МПа, в сухом состоянии , МПа, и при полном влагонасыщении , МПа.

21. Определяется прочность угольного массива на сжатие после гидрообработки, по формуле:

, (15)

где - прочность на сжатие горной породы в сухом состоянии, МПа;

- прочность на сжатие горной породы при полном влагонасыщении, МПа;

W - влажность горной породы, %;

W _п - влажность породы при полном влагонасыщении, %.

22. Определяем коэффициент влияния гидрообработки на смещение кровли горной выработки, закрепленной анкерной крепью:

. (16)

23. Величина смещений кровли горной выработки после гидрообработки угольного массива, определяется по формуле:

, (17)

где U _к - величина смещения кровли, определяемая без учета гидрообработки, мм.

24. Сопротивление анкерной крепи , и длина анкеров l _a, м, определяется по величине , мм, в соответствии с приложением N 1 к Инструкции. Количество анкеров в рядах по кровле n _к, шт., определяют в соответствии с пунктом 16 приложения.

25. Расстояние между рядами анкеров в кровле C _к, м, и боках горной выработки C _б, м, определяется по формулам 14-15 приложения.

1. В слабых, трещиноватых и тонкослоистых породах с расчетной прочностью пород кровли менее 25 МПа и угля - менее 10 МПа, пород в боках - менее 20 МПа и угля менее - 6 МПа анкерная крепь в сочетании с металлическими подхватами и решетчатыми затяжками применяется при условии упрочнения пород и угля нагнетанием в них вяжущих растворов с доведением расчетного сопротивления R _c до вышеназванных величин.

2. Технология ведения работ по упрочнению трещиноватых пород, окружающих горные выработки, выбор и расчет параметров упрочнения, выполняются по соответственным нормативным документам и другим методическим пособиям.

3. В слабых, трещиноватых и тонкослоистых породах, в том числе и в упрочненных вяжущими составами, анкеры закрепляют по всей длине скважины (шпура).

4. В горных выработках с обводненными породами происходит их разупрочнение, и, поэтому расчетное сопротивление пород сжатию должно корректироваться из-за их увлажнения. При этом величину R _c контактирующих с водой пород необходимо уменьшить: для песчаников на 20%, для алевролитов на 40% и для аргиллитов на 50%.

При наличии конкретных данных о сопротивлении пород сжатию значение коэффициента k _вл, снижающего расчетную прочность пород, принимается по таблице N 3 приложения N 1 к Инструкции.

Закрепление анкерных стержней в горных выработках с обводненными породами осуществлять ампулами с минеральной композицией.

5. При необходимости осуществляется гидроизоляция приконтурных пород с созданием защитного водонепроницаемого слоя вокруг горной выработки. Для этого применяется двухкомпонентная полиуретановая смола.

6. После обработки массива определяется изменение прочности пород за счет воздействия смол. Расчет ожидаемых смещений кровли и необходимых параметров крепи выполняется по приложениям N 3, 7, 8, 14, 16, 17 к Инструкции.

1. Комбинированная крепь (анкерная крепь в сочетании с другими типами ограждающей или поддерживающей крепи) применяется в горных выработках, расположенных в зонах геологических нарушений, выветренных и обводненных пород, при наличии тонких прослойков угля, кальцита или углистых аргиллитов в пределах глубины заделки анкеров, в капитальных горных выработках повышенной ответственности с длительным сроком эксплуатации и в подготовительных горных выработках при интенсивном горном давлении.

2. Комбинированная крепь применяется в следующих сочетаниях:

анкерная и набрызг-бетонная крепь;

анкерная с металлическими подхватами, с шайбами или опорными плитами, с затяжкой в виде сварной металлической решетки и набрызг-бетонная крепь;

анкерная и подпорная крепь.

3. Варианты и параметры комбинированной

крепи принимаются и рассчитываются в зависимости от состояния устойчивости пород в горных выработках таблица N 1 приложения.

Таблица N 1

Категории устойчивости пород

При не трещиноватых породах I категории устойчивости, когда смещения кровли не превышают 50 мм, горная выработка крепится одной анкерной крепью с опорными плитами и решетчатой затяжкой, либо только подпорной или набрызг-бетонной крепью, толщина которой принимается 40-50 мм.

В горных выработках с трещиноватыми породами кровли, отнесенными к I категории устойчивости, необходимо устанавливать анкерную крепь с опорными плитами и металлической сеткой в комбинации с подпорной или набрызг-бетонной крепью, толщина которой принимается 40-50 мм.

В горных выработках с породами II категории устойчивости, когда смещения кровли достигают 100-200 мм, применять комбинированную крепь, состоящую из анкеров с металлическими подхватами, решетчатой затяжки и подпорной или набрызг-бетонной крепью, толщина которой принимается 80-100 мм.

4. Комбинированная крепь возводится в следующем порядке. Сначала устанавливают анкерную крепь, затем подпорную или набрызг-бетонную. В породах III и IV категории устойчивости сначала устанавливают подпорную крепь или, в качестве временной, наносят на контур кровли и боков горной выработки слой набрызг-бетона, поверх которого устанавливают анкеры с металлической сеткой или сварной решеткой, и наносят второй слой.

5. Ожидаемые смещения кровли в горной выработке, закрепленной анкерной крепью в комбинации с набрызг-бетонной, определяются по формуле:

U _а.н=U _крk , (1)

где U _а.н - смещения кровли горной выработки, закрепленной анкерной крепью в сочетании с набрызг-бетонной, мм;

U _кр - смещения заанкерованной кровли горной выработки, расположенной в осадочных породах вне зоны влияния очистных работ, мм. Определяются по формуле (7) в приложении N 17 к Инструкции;

k  - коэффициент влияния набрызг-бетонной крепи на снижение смещений пород в горной выработке, таблица N 2 приложения.

Таблица N 2

Значения коэффициента k 

6. Необходимое сопротивление анкерной крепи , и длина анкеров l _a, м, для обеспечения поддержания горной выработки совместно анкерной и набрызг-бетонной крепью определяются по значению ожидаемых смещений кровли U _а.н и ширине горной выработки в проходке B до 6 м, рисунок 1 приложение N 1 к Инструкции. При ширине выработки более 6 м расчет проводится в соответствии с приложениями N 3, 4 к Инструкции.

Толщина набрызг-бетона принимается с учетом класса устойчивости пород и положений пункта 3 приложения так, чтобы смещения кровли увязывались с параметрами анкерной крепи, определяемыми по рисунку 1 приложения N 1 к Инструкции, и не превысили допустимых величин для обеспечения эксплуатационного состояния горной выработки.

По полученному значению необходимого сопротивления анкерной крепи, , и расчетной несущей способности принятого одного анкера N _a, кН, в соответствии с Инструкцией определяется количество анкеров в рядах n _к, требуемое расстояние между анкерами в ряду C _p, м, и расстояние между рядами анкеров C _к, м. Выполняется проверка расстояний между рядами анкеров по условию обеспечения необходимой плотности их установки П, анк/м ².

Расчет параметров анкерной крепи в боках горной выработки выполняется по приложению N 2 к Инструкции.

7. При использовании анкерной крепи в комбинации с подпорными крепями несущая способность комбинированной системы определяется как сумма несущих способностей, входящих в комбинацию анкерной и подпорной крепи:

P _к.кр=P _a+P _п.кр, (2)

где P _к.кр - несущая способность комбинированной крепи, кН/м ²;

P _a - несущая способность анкерной крепи, кН/м ²;

P _п.кр - несущая способность подпорной крепи, кН/м ².

8. Величина смещений кровли в горной выработке компенсируется анкерной и подпорной крепями. Величина смещений, приходящихся на анкерную крепь U _a, должна быть не более 300 мм. Величина смещений U _п.к компенсируется подпорной крепью и определяется по формуле:

U _n.к=U-U _a. (3)

Общие смещения пород U для горизонтальных и наклонных горных выработок, расположенных вне зоны влияния очистных работ, определяются по приложению N 17 к Инструкции.

9. Принимая допустимую величину смещений U _a, приходящихся на анкерную крепь (она составляет 30-40% от общих смещений U, но не более 300 мм), P _a и l _a определяем по рисунку 1 приложения N 1 к Инструкции. Далее по формуле 3 приложения определяем величину смещений U _n.к, приходящихся на подпорную крепь, и все расчеты ее параметров выполняется по приложению N 17 к Инструкции.

Выбираем подходящий для рассматриваемых условий тип крепи, рассчитываем необходимую плотность установки и проверяем соответствие конструктивной податливости подпорной крепи ожидаемым смещениям пород.

Для обеспечения совместной работы анкерная крепь скрепляется с подпорной крепью. Это выполняется установкой дополнительных продольных металлических подхватов, соединенных со стержнями анкеров и подпорной крепью.

1. К системам разработки короткими забоями относятся: камерная, камерно-столбовая и короткими столбами.

2. Технология выемки определяется типом применяемого выемочного и транспортного оборудования, способом крепления и типом применяемой крепи. Горные выработки проводятся только по пласту. Одновременно проводится не менее трех, параллельных штреков главных направлений. Ширина камер изменяется в зависимости от горно-геологических условий от 5 до 12 м, длина их достигает в отдельных случаях 150 м.

3. Все многообразие систем разработки сводится к нескольким типичным схемам, которые представлены на рисунках 1-2 приложения. Штреки главного направления проходят до границ шахтного поля, а отработка камер ведется в направлении от границ к стволу.

Вначале проходят от четырех до шести камер, которые практически являются выемочными штреками, затем обратным ходом отрабатывают нарезанные полосы, при этом линия забоя располагается перпендикулярно или по диагонали к их продольной оси. Большое внимание уделяется вопросу выемки оставленных целиков. Схема работ по частичному извлечению целиков приведена на рисунке 3 приложения.

Рис. 1. Схема отработки угольного пласта камерно-столбовой системой с выемкой угля заходками

Рис. 2. Схема отработки угольного пласта камерной системой с барьерными целиками

Рис. 3. Схема ведения работ по частичному погашению горных выработок:
1 - универсальная врубовая машина; 2 - буровая машина для обуривания забоя; 3 - взрывная отбойка; 4 - погрузочная машина; 5 - самоходная вагонетка; 6 - буровой станок для анкерной крепи; 7 - приемная часть магистрального конвейера

4. Выбор ширины камер производится по технологическим соображениям исходя из условий эффективной работы, затем для принятого пролета камеры определяется мощность несущего слоя пород, который необходимо скрепить анкерной крепью, в результате чего будет обеспечено устойчивое состояние кровли камеры. При этом глубина анкерования кровли должна быть равна мощности этого слоя, а плотность установки анкеров определяться необходимым сопротивлением крепи.

5. Если на некотором расстоянии от кровли камеры расположен слой крепкой породы (R _c60 МПа), то длину анкеров в камере необходимо выбрать из тех соображений, чтобы сравнительно слабые породные слои подвешивались к этому крепкому слою. В этом случае длину анкеров, их сопротивление, количество анкеров в ряду и расстояние между рядами анкеров определяются в соответствии с разделами I-III приложения N 1 к Инструкции.

6. При камерной системе разработки управление кровлей осуществляется с помощью целиков, а пролеты камер выбираются исходя из устойчивости пород. Ширина камеры принимается равной устойчивому пролету кровли l _у, м, который определяется по формуле:

, (1)

где l _у - устойчивый пролет кровли, м;

h _o - мощность нижнего слоя кровли, м;

- безразмерный коэффициент (для условий пологих пластов Кузбасса равный 0,7-0,8);

k _н1 - коэффициент концентрации давления в месте закрепления нижнего слоя кровли (k _н1=1,5-2,0);

- объем вес пород (подработанной толщи), МН/м ³;

H - глубина разработки, м;

R _c - прочность пород (нижнего слоя кровли) на одноосное сжатие, МПа;

k _П - коэффициент пригрузки нижнего слоя кровли;

 _o - объемный вес нижнего слоя кровли, МН/м ³.

7. Ширина междукамерного ленточного целика при чередовании камер и целиков определяется решением равенства относительно в _ц:

(A+в _ц)Hk _з=в _цR _уk _ф, (2)

где A - ширина камеры, м, принимается равной или меньшей l _у;

в _ц - ширина междукамерного целика, м;

k _з - коэффициент запаса;

R _у - кубиковая прочность угля на сжатие, МПа;

k _ф - коэффициент формы, равный:

, (3)

здесь m _в - вынимаемая мощность пласта, м.

8. Глубина работ при необходимости сохранения земной поверхности принимается равной фактическому расстоянию от кровли пласта до земной поверхности.

В остальных случаях, Н, м, принимается равной мощности непосредственной кровли, но не менее 2А.

9. Мощность несущего слоя, m _н.с, м, определяется по формуле:

, (4)

где А - ширина камеры, м;

- объемный вес пород, МН/м ³;

- коэффициент закрепления кровли на опорах, равный 1,41-1,63;

- коэффициент пригрузки вышележащих пород, равный 2,5-3,0;

k ₃ - коэффициент влияния опорного давления от ранее отработанных камер, равный 2,5;

k ₄ - коэффициент влияния трещиноватости пород кровли, равный в зависимости от типа кровли 0,6-0,9;

k ₅ - коэффициент увеличения прочности пород за счет анкерования, равный 1,3-1,4.

10. Длина анкеров, определяется по формуле:

l _a=m _н.с+l _з+l _в, (5)

где l _з - глубина запаса длины анкера выше несущего слоя, принимаемая 0,5;

l _в - длина выступающей части анкера, равная 0,15-0,2 м.

11. Перед расчетом по формуле 4 приложения, необходимо представить расчетную схему, выбрать значения коэффициентов, входящих в эту формулу, и определить средневзвешенное значение прочности пород на одноосное сжатие R _c по формуле 3 приложения N 1 к Инструкции.

12. Необходимое сопротивление анкерной крепи, , определяется, исходя из обеспечения "подшивки" несущего слоя к вышерасположенным устойчивым породам, вес которого зависит от мощности и плотности пород:

P _а.к=m _н.сk _з, (6)

где k _з - коэффициент запаса, k _з=1,2-1,7;

- объемный вес пород кровли, кН/м ³.

13. Требуемое количество анкеров в ряду, n _к, определяется по формуле:

, (7)

где C _к - принятое расстояние между рядами анкеров, м;

N _a - несущая способность одного анкера, кН.

Полученное расчетом количество анкеров в ряду округляется в большую сторону до 0,5.

1. Кровля горных выработок, в которых предусматривается применение подвесной монорельсовой дороги (далее - ПМД), испытывает при ее эксплуатации действие дополнительных нагрузок (в том числе, динамических). Это обстоятельство должно быть учтено при определении параметров анкерной крепи путем увеличения значения расчетной удельной нагрузки P _a на величину пригрузки P _a, создаваемой перевозимым по ПМД грузом.

Значение P _a находится из выражения:

, (1)

где - максимальная статическая нагрузка на одну подвеску, кН;

С _п - расстояние между подвесками ПМД, м;

k _д2 - коэффициент, учитывающий влияние на кровлю динамических нагрузок, возникающих при перевозке грузов.

Расчет величин и C _п проводится в соответствии с разделом II приложения.

Параметры анкерной крепи кровли горной выработки с ПМД определяются в следующем порядке: по Инструкции находится значение удельной нагрузки на анкеры P _a, которая увеличивается на значение P _а, после чего по суммарной расчетной нагрузке P _a+P _a выбирается необходимые тип и параметры анкерной крепи кровли.

2. Анкеры для подвешивания монорельсовой дороги к кровле горной выработки устанавливаются дополнительно к основной крепи горной выработки. Расчет параметров анкеров, служащих для крепления ПМД, проводится исходя из максимального веса перевозимого груза, величины допустимой нагрузки на одну подвеску монорельсового пути и необходимого коэффициента запаса, учитывающего возможные динамические перегрузки системы, определяемые производителем ПМД.

3. Максимальная статическая нагрузка на одну подвеску , кН, определяется по формуле:

, (2)

где - максимально-допустимый вес перевозимого груза, приходящийся на отрезок дороги L _T , кН;

L _Т - участок монорельсовой дороги, м, в пределах которого происходит ее наибольшее нагружение (рисунок 1 приложения), определяется приходящимся на него количеством грузовых тележек q и рассчитывается исходя из технических характеристик ПМД, допустимого веса перевозимого груза и грузоподъемности грузовой тележки.

Q _т - суммарный вес навесного (подъемного) оборудования на участке дороги L _т, кН;

k _т - коэффициент, величина которого зависит от количества несущих тележек, попадающих на два смежных рельса относительно точки подвеса и определяется по формуле:

k _т=1 при ;

(3)

при ,

здесь L _к - минимальное расстояние между несущими тележками, м;

C _п - расстояние между подвесками ПМД, м.

Рис. 1. Схема к расчету нагрузок на подвески ПМД

4. Исходя из конструкции подвесок и их несущей способности N _п, расстояние между подвесками C _п выбирают с таким расчетом, чтобы выполнялось условие:

, (4)

где k _з - коэффициент запаса, учитывающий динамические перегрузки системы, определяемый производителем GМД и принимается равным не менее трех.

Под подвеской понимается конструкция, состоящая из растяжек-подвесов - системы, соединенных между собой стержней, цепей, хомутов, болтов на одну точку крепления монорельса. Таким образом, одна подвеска может состоять как из одной, так и из нескольких растяжек. Если последние сходятся в одной точке крепления монорельса, то несущая способность всей подвески может не равняться сумме несущих способностей ее отдельных растяжек-подвесов. Поэтому, под величиной N _п следует понимать минимальную нагрузку, при которой происходит разрушение хотя бы одного элемента подвески, приводящее к выходу ее из строя.

Если неравенство (4) приложения не выполняется, необходимо: уменьшить вес перевозимого груза либо увеличить несущую способность подвесок N _п, либо сократить расстояние между ними C _п, либо увеличить количество грузовых тележек q.

Рис. 2. Варианты подвешивания ПМД: а - на одном анкере с жестким креплением;
б - на двух анкерах с жестким креплением; в - на одном анкере и цепи; г - на двух анкерах и цепях

Суммарный вес перевозимого груза и навесного оборудования , приходящийся на количество грузовых тележек q, не должен превышать их несущей способности N _т.

5. Длина прямолинейных секций принимается не более 3,2 м. Расстояние между подвесками не должно допускать прогиба монорельса между ними более 1/200 длины секции спецпрофиля. Найденное расстояние между подвесками C _п, равное шагу установки подвешивающих анкеров C _ап проверяется на соответствие этим требованиям.

6. Необходимая несущая способность анкеров N _ап, служащих для подвешивания ПМД, определяется исходя из несущей способности одной подвески N _п, ее конструкции (количества закрепляющих подвеску анкеров n _ап) и коэффициента запаса k _з:

. (5)

По найденной величине N _ап выбираются соответствующий ей диаметр анкерных стержней.

7. Длина анкеров подвески монорельсовой дороги l _ап должна быть больше длины анкеров первого уровня, установленных в кровле горной выработки. Величина l _ап, рассчитывается по формуле:

l _ап=l _ак+l _заг, (6)

где l _aк - расчетная длина анкеров первого уровня (с учетом длины выступающей в горную выработку части анкерного стержня);

l _заг - величина заглубления подвешивающих ПМД анкеров над анкерами первого уровня, которая принимается равной не менее 0,5 м для II типа кровли по обрушаемости, и не менее 1,0 м для I, III и IV типа кровли по обрушаемости (рисунок 3 приложения).

Длина закрепляющей втулки должна быть не менее 1,1 м.

8. Для подвески монорельсовой дороги могут быть использованы специальные анкеры необходимой несущей способности, указанной в пункте 5 приложения.

Рис. 3. Пример крепления ПМД

1. Виды сопряжений одиночных горных выработок представлены на рисунке 1 приложения. Сопряжения горных выработок подразделяются на прямоугольные (а, в) и остроугольные (б).

Рис. 1. Виды сопряжений горных выработок:
а - прямое пересечение; б - косое пересечение; в - прямое ответвление; г - остроугольное пересечение; д - ответвление по кривой; е, ж - соединения двух горных выработок в одну; з - двустороннее ответвление; и - пересечение с разносом горных выработок; к - сопряжение трех горных выработок (треугольный узел); л,м - примыкание горных выработок

2. При проведении и поддержании парных горных выработок в условиях динамических проявлений горного давления (пласты, опасные по горным ударам, внезапным выбросам угля (породы) и газа) все работы по проходке сбоек между ними с определением безопасного расстояния засечки сбойки до ближнего забоя проводимой горной выработки, принятию минимального опережения одного проходческого забоя относительно другого и расчету ширины податливого целика между выработками следует выполнять с учетом требований соответствующих нормативных документов, регламентирующих безопасные условия работы.

3. Сбойка парных горных выработок и крепление их сопряжений проводится с отставанием от ближнего проходческого забоя на расстояние не менее , определяемым по формуле:

, (1)

где - соответственно ширина каждой парной горной выработки в проходке, м;

l _ц - ширина целика между горными выработками, м, а опережение передового проходческого забоя по отношению к забою другой выработки принимается не менее , определяемого из выражения:

. (2)

4. Существенное влияние на устойчивость сопряжений и сопрягающихся горных выработок оказывает форма их сечения, которая выбирается с учетом интенсивности проявлений горного давления, материала и типа крепи. При анкерной крепи форма сопряжений принимается прямоугольной или трапециевидной с плоской кровлей, совпадающей с поверхностями напластования пород, а в пластовых выемочных горных выработках - с кровлей пласта. В неустойчивых породах и на сопряжениях с большим пролетом принимается сводчатая форма сечения.

5. Расчетная глубина расположения сопряжения от земной поверхности принимается, как и для протяженных горных выработок, по пункту 4 приложения N 1 к Инструкции.

6. Расчетная ширина сопряжений принимается по пункту 3 приложения N 1 к Инструкции в зависимости от вида сопряжения.

Расчетная ширина сопряжений, пересекающихся и ответвляющихся горных выработок, рисунок 1 (а, б, з, к) приложения, определяется по формуле:

, (3)

где B ₁ и B ₂ - фактическая ширина пересекающихся горных выработок в проходке, м.

Расчетная ширина сопряжений с соединением, ответвлением и примыканием одной горной выработки к другой, рисунок 1 (в, г, д, е, ж, и, л, м) и рисунок 2 (а, б, в) приложения, определяются по формуле:

, (4)

где B ₁ - фактическая ширина главной горной выработки в проходке, м;

B ₂ - фактическая ширина, примыкающей, ответвляющейся, соединяющейся горной выработки, м.

Рис. 2. Виды сопряжений при проведении спаренных выработок:
а, в- прямоугольные; б - остроугольные

Расчетная ширина сопряжений подготовительной горной выработки с очистным забоем, рисунок 3 приложения, принимается равной ширине подготовительной горной выработки в проходке. Расчетная высота сопрягающихся горных выработок и сопряжений принимается равной их максимальной фактической высоте в проходке.

7. Расчетные сопротивления пород одноосному сжатию в массиве R _c следует определять отдельно для кровли, боков и почвы:

в кровле - для всех слоев пород на высоту, равную 1,5 расчетной ширины сопряжения;

в боках - на фактическую высоту сопряжения с учетом всех слоев пород и угля;

в почве - на глубину, равную расчетной ширине сопряжения.

Для ряда смежных слоев с изменчивостью R _c до 30% принимается для всего сопряжения усредненное значение расчетного сопротивления пород сжатию, определяемое по формуле:

. (5)

Входящие в формулу параметры расшифрованы в формуле 3 приложения N 1 к Инструкции.

8. Выбор типа крепи и определение ее параметров для сопряжений горных выработок производится на основе расчета смещений пород и ожидаемых нагрузок на крепь с учетом размеров и формы поперечного сечения, характеристик прочности, слоистости, трещиноватости, тектонической нарушенности и устойчивости пород в кровле, боках и почве, а также с учетом интенсивности горного давления на различных стадиях поддержания сопряжений, обусловленной глубиной от поверхности и степенью влияния на сопряжения других горных выработок и очистных работ.

В Инструкции рассматриваются методики расчета смещений пород кровли, когда применяется анкерная крепь. Заанкерованные породы упрочняются, в результате чего смещения кровли снижаются примерно вдвое по сравнению с перемещением пород на контуре кровли в горных выработках, закрепляемых рамной податливой крепью.

Рис. 3 Сопряжения очистного забоя с подготовительной горной выработкой:
а - с погашаемой; б - с горной выработкой, сохраняемой за первым очистным забоем; в, г - с повторно используемой; д, е - с проводимой вприсечку к выработанному пространству (при сплошной присечке или при оставлении полосы угля шириной 2-4 м); ж, з - с горной выработкой, охраняемой целиком шириной меньше 0,1H, но не менее 15 м; и, к, л - с горной выработкой, охраняемой целиком (2,5-3,0)m (при погашении одной из парных горных выработок за очистным забоем или при ее временном сохранении для целей транспортирования угля); м, н - с горной выработкой, оформляемой за очистным забоем

Особенностью методики расчета смещений пород на контуре сопряжений, приведенной в разделе, является то, что рассматриваются смещения еще незаанкерованных пород контура горной выработки, и поэтому их величина в цифровом выражении больше, чем при установленных анкерах.

В формулах таблицы N 1 приложения смещения пород в типовых условиях в зоне влияния очистных работ приводятся, как суммарное смещение почвы и кровли (конвергенция). Однако в результате пересчета посредством коэффициента k _k формулы таблицы N 1 приложения выражают смещения только кровли в незаанкерованном состоянии.

Смещения кровли, определяемые по формулам таблицы N 1, посредством коэффициента 0,5 формул 27-28 приложения переводятся в уровень расчетов смещений заанкерованных пород кровли по приложению N 17 к Инструкции, и параметры крепи рассчитываются единообразным способом по всей Инструкции.

9. Сопряжения очистных забоев со штреками могут быть закреплены анкерами без применения передвижной механизированной крепи сопряжений при использовании двухуровневой схемы крепления.

10. Величина смещения пород U _o на сопряжениях горизонтальных и наклонных горных выработок, находящихся вне зоны влияния очистных работ, определяется по формуле:

, (6)

где U _т - смещение пород, мм, принятое за типовое и определяемое по рисунку 4 приложения в зависимости от расчетного сопротивления пород кровли, почвы или боков R _c и глубины расположения сопряжения от поверхности Н;

k  - коэффициент влияния угла падения вмещающих пород и направления проходки горной выработки относительно простирания пород, определяемый по таблице N 2 приложения;

k  - коэффициент направления смещений пород: при определении смещений со стороны почвы или кровли (в вертикальном направлении) k =1; при определении боковых смещений пород (в горизонтальном направлении) k  определяют по таблице N 2 приложения, где при поддержании сопряжений очистного забоя со спаренной горной выработкой, охраняемой целиком угля и погашаемой с его извлечением и вентиляционной горной выработкой, охраняемой целиком шириной 15-0,1Н, м, подвергающейся влиянию первой лавы и сохраняемой за вторым очистным забоем, расчет смешений пород кровли производится так же, как для схемы, представленной на рисунке 3 приложения.

Таблица N 1

Формулы для расчета смещений кровли на сопряжениях

Таблица N 2

Значения коэффициентов k  и k 

- коэффициент влияния размеров сопряжения, который определяют для кровли и почвы по формуле 7, для боков - 7 приложения:

; (7)

. (8)

Коэффициент влияния времени на смещения пород k _t для горных выработок, срок службы которых менее 15 лет, определяется по графику, рисунок 5 приложения при сроке службы более 15 лет и H/R < 60 коэффициент k _t=1.

Коэффициент вредного воздействия горных выработок k _в характеризует степень увеличения смещений пород на участках сопряжений по сравнению с одиночной выработкой, где k _в=1:

k _в=k _в1k _в2, (9)

где k _в1 - коэффициент взаимовлияния сопрягающихся горных выработок, определяемый по таблице N 3 приложения;

k _в2 - коэффициент влияния других смежных горных выработок, расположенных относительно участков сопряжений на расстояниях менее допустимых l _д , определяемых по формуле 11 приложения:

, (10)

здесь l _д - расстояние между сопряжением и соседней горной выработкой при отсутствии ее влияния, равное:

l _д=(B+B _вл)k _L, (11)

здесь B _вл - ширина соседней горной выработки, м;

k _L - коэффициент взаимовлияния соседних горных выработок, определяемый по таблице N 4 приложения, где в числителе k _L для выработок с углом падения пород до 35°, в знаменателе - при свыше 35°.

l _ф - фактическое расстояние между сопряжением и другими горными выработками, м. При l _д<l _ф следует принимать k _в2=1.

11. При подготовке выемочных столбов парными горными выработками коэффициент k _в для сопряжений горных выработок с их сбойками, при целике между горными выработками менее 15 м, определяется по формуле:

, (12)

где l _ц - ширина целика, м.

Таблица N 3

Значения коэффициента k _в1

Рис. 4. Графики для определения типового смешения пород U _m:
а - для общего определения; б - для небольших глубин

Рис. 5. График для определения коэффициента k _t, при t от 1 года до 15 лет

Таблица N 4

Значения коэффициента k _L

12. Величина смещения пород на сопряжениях подготовительных горных выработок с очистным забоем, рисунок 3 приложения определяется:

для участка сопряжения 10 м впереди очистного забоя в зоне опорного давления по формулам 7-12 приложения приведенным в таблице N 1 приложения.

для участка сопряжения в створе с очистным забоем и участка 10 м позади очистного забоя смещения, рассчитанные по формулам 7-12 приложения, увеличиваются на соответствующий коэффициент k _инт, зависящий от типа кровли. Этот коэффициент увеличения смещений пород на участках сопряжения от интенсивного воздействия очистных работ приведен в таблице N 1 приложения.

В формулах, содержащихся в таблице N 1 приложения:

U _кр - смещения пород на сопряжении со стороны кровли, мм;

U _o - смещения пород кровли сопряжения в период его службы вне зоны влияния очистных работ, мм, определяемые по формуле 6 приложения;

U ₁ - смещения пород в зоне временного опорного давления очистного забоя, мм, определяемые по рисунку 6 приложения;

k _кр - коэффициент, учитывающий обрушаемость основной кровли, принимаемый равным 1,0 для I, III и IV типов кровли и 1,2 для II типа кровли;

k _s - коэффициент, учитывающий влияние площади сечения сопряжения в свету до осадки, определяемый по таблице N 5 приложения (площадь сечения сопряжения определяется по его расчетной ширине);

Таблица N 5

Значения коэффициента k _s

k _к - коэффициент, характеризующий долю смещений пород кровли в общих смещениях пород на сопряжении, определяемый по рисунку 7 приложения;

- смещения пород кровли в присечной горной выработке вне влияния подготавливаемой лавы, мм, определяются по формуле:

, (13)

здесь - смещения пород при проведении горной выработки вприсечку к выработанному пространству, мм, рисунок 8 приложения;

- смещения пород кровли в присечной горной выработке вне влияния подготавливаемой лавы, мм, определяются по формуле:

, (14)

здесь - смещения пород при проведении горной выработки вприсечку к выработанному пространству, мм, рисунок 8 приложения;

- средняя скорость смещений пород, мм/мес, в течение двух месяцев после проходки забоя присечной горной выработки, рисунок 9 приложения;

k ¹ - коэффициент, учитывающий влияние места расположения присечной горной выработки относительно границы выработанного пространства, принимаемый при определении смещений кровли 1,0 для полной присечки и 0,7 при оставлении полосы угля шириной 2-4 м;

- смещения пород, мм, в присечной горной выработке в зоне влияния временного опорного давления собственной лавы, рисунок 10 приложения;

m _в - вынимаемая мощность пласта, м;

k _охр - коэффициент, учитывающий влияние податливых искусственных ограждений, принимаемый 0,2 - для органной крепи; 0,15 - для железобетонных тумб; 0,1 - для литых полос из быстротвердеющих материалов; 0,2 - для породных полос при пневмозакладке; 0,3 - для бутокостров, костров из шпал; 0,4 - для породных полос, выкладываемых вручную и костров из круглого леса; 0,1 - для обрушившихся пород с помощью органной крепи;

k _t1 - коэффициент влияния времени поддержания горной выработки между отработкой первого и второго очистного забоев, принимаемый по таблице N 6 приложения.

Рис. 6. Графики смещений пород U ₁ в зоне временного опорного давления очистного забоя: а - общий; б - для небольших глубин

Рис. 7. Графики определения коэффициента k _к

Таблица N 6

Значения коэффициента k _t1

- смещения пород, мм, в горной выработке за период влияния временного опорного давления первой лавы, определяемые по рисунку 11 приложения с учетом ширины целика l _ц;

- смещения пород, мм, позади забоя первой лавы, определяемые по рисунку 12 приложения;

- скорость смещений пород в зоне остаточного опорного давления в горных выработках с охраной угольными целиками, мм/мес, рисунок 13 приложения;

t - время поддержания горной выработки в зоне остаточного опорного давления первой или второй лавы, мес. При воздействии опорного давления более одного года принимают t=12k _tц, где k _tц - коэффициент влияния времени, принимаемый по таблице N 7 приложения.

Рис. 8. Графики смещений пород в присечных горных выработках вне зоны влияния собственного очистного забоя: а - общий; б - для небольших глубин

Рис. 9. Графики скорости смещений пород в присечных горных выработках вне зоны влияния собственного очистного забоя: а - общий; б - для небольших глубин

Рис. 10. Графики смещений пород в присечных горных выработках в зоне влияния собственного очистного забоя: а - общий; б - для небольших глубин

Таблица N 7

Значения коэффициента k _tц

13. На основании расчетной величины смещений пород на контуре поперечного сечения сопряжений и участков сопрягающихся горных выработок за весь срок службы U _кр, необходимо производить оценку интенсивности проявлений горного давления по пункту 7 приложения N 3 к Инструкции и таблице N 8 приложения.

Рис. 11. Номограмма для определения смещений

Рис. 12. Номограмма для определения смещений

Таблица N 8

Категории интенсивности проявлений горного давления

Рис. 13. Номограмма для определения скорости смещения пород

14. Расчет параметров анкерной крепи и дополнительных средств ее усиления для сопряжений производится в зависимости от интенсивности горного давления, способа и параметров охраны горных выработок от влияния очистных работ, прочности, трещиноватости и устойчивости пород в кровле.

15. В качестве критерия интенсивности горного давления для расчета крепи принимаются расчетные смещения кровли с анкерной крепью U _а, определяемые для сопряжения вне влияния очистных работ и в зоне их влияния соответственно по формулам:

U _a=0,5k _aU _o; (15)

U _a=0,5k _aU _кр, (16)

где k _a - коэффициент, учитывающий степень связывания и упрочнения пород при различных конструкциях и способах закрепления, принимаемый равным 1,0 для замковых клинораспорных и сталеполимерных анкеров при длине закрепления до 0,5 м; k _a=0,85 при длине закрепления ампулами 1,0 м; 0,75 - при закреплении анкера по всей длине скважины (шпура);

U _o - смешения пород на сопряжениях вне зоны влияния очистных работ, определяемые по формуле 6 приложения;

U _кр - смещения пород на сопряжениях в зоне влияния очистных работ, определяемые по формулам 7-12 приложения.

При расчетных смещениях свыше 300 мм, расчет параметров анкерной крепи проводится из требования обеспечения максимальных смещений кровли не более 300 мм.

16. В условиях небольшого горного давления при расчетных смешениях кровли до 50 мм сопротивление анкерной крепи P _a и длина анкеров l _a принимаются в зависимости от типа кровли по таблице N 9 приложения.

17. В условиях горного давления средней интенсивности и интенсивного при расчетных смещениях кровли до 300 мм сопротивление анкерной крепи P _a и длина l _a определяются:

при I типе кровли по номограмме, приведенной на рисунке 1 приложения N 1 к Инструкции;

при II типе кровли P _a принимать в соответствии с номограммой рисунка 1 приложения N 1 к Инструкции, а длину анкеров по таблице N 9 приложения;

при III и IV типах кровли сопротивление крепи и длину анкеров следует принимать на 10% и 20% соответственно, больше по сравнению с расчетными, по рисунку 1 приложения N 1 к Инструкции;

при II типе кровли приведенные в таблице N 9 приложения параметры длины анкеров l _a, соответствуют мощности непосредственной кровли h _н.к до 0,3В и закреплению анкеров в устойчивых прочных породах мощностью более 0,5 м. При ширине выработки от 8,5 до 12 м применять двухуровневую схему крепи с длиной анкеров первого уровня не менее 2,0 м при I и II типах кровли и не менее 2,4 м при III и IV типах кровли.

Таблица N 9

Параметры анкерной крепи