Викладено основні відомості про конструкції сталевого рамного кріплення гірничих виробок. Проаналізовано досвід їх експлуатації, запропоновано методи оцінки стану й прогнозу працездатності, розкрито особливості взаємодії з породним масивом. Розглянуто роботу окремих вузлів та елементів кріплення, технології їх виготовлення, монтажу й повторного використання. Наведено способи та засоби керування зусиллями в конструкціях, шляхи підвищення їх працездатності.

Наведено дані досліджень про специфічні умови формування та особливості деформування гірничого масиву біля контуру гірничої виробки, встановлено їх залежність від навантажень рамної конструкції. Запропоновано функцію знеміцнення матеріалу граничної зони та визначено показники ефективного інтервалу варіювання необхідної величини робочого опору та конструктивної піддатливості нового кріплення. Розрахункові значення збігаються з результатами спеціальних шахтних експериментів. На підставі проведених лабораторних експериментів з деформування та руйнування крихкого середовища біля порожнини круглого перерізу за умов нерівнокомпонентного об'ємного стиснення визначено раціональну форму виробки та кріплення. Проаналізовано вплив складових рамного кріплення, замкових з'єднань, міжрамних зв'язків, матеріалу, типу спецпрофілю як факторів, що забезпечують досягнення заданих параметрів робочої характеристики та їх стабільності. Запропоновано конструктивні та технологічні рішення, реалізовані в експериментальних і дослідних моделях.

Виконано дослідження стійкості підготовчих виробок вугільних шахт ДХК "Добропіллявугілля". Розроблено просту методику визначення на стадії проектування виробки статистичних характеристик її коефіцієнта стійкості залежно від міцності порід, які вона перетинає, та способу її проведення. На підставі аналітичних досліджень застосовності різних законів розподілу випадкових величин для опису імовірнісного коефіцієнта стійкості виробки встановлено, що найбільш адекватним у даному випадку є розподіл Вейбулла. Доведено, що стійкість протяжних виробок є функцією імовірнісного показника стійкості та параметра форми розподілу Вейбулла, що дозволило залежно від призначення виробки для заданих гірничо-геологічних умов визначити тип і параметри кріплення, спрогнозувати обсяги ремонтних робіт. Встановлено, що співвідношення капітальних і експлуатаційних витрат, за яких сумарна вартість спорудження та підтримки виробки мінімальна, є нелінійною функцією варіації коефіцієнта стійкості та показника стійкості, що дозволило за умов встановлених параметрів кріплення оцінити вартість ремонтних робіт і вибрати технологію їх виконання. На базі встановлених залежностей розроблено інженерну методику визначення статистичних характеристик коефіцієнта стійкості протяжних гірничих виробок і оцінки вартісних параметрів ремонтних робіт та обгрунтовано технологію їх виконання.

Обгрунтовано конструктивно-технологічну схему тампонажу, що базується на зведенні тампонажної оболонки змінної деформативності по контуру кріплення. Встановлено суттєву залежність для напружень в усіх шарах кріплення та за їх контуром від функції розподілу модуля деформації тампонажного шару, а також визначено її раціональне значення для забезпечення рівноміцності несучих елементів кріплення - досягнення максимальної несучої здатності. Розроблено оперативний графічний метод розрахунку несучої здатності багатошарового кріплення та рекомендації щодо вибору раціонального складу тампонажного розчину.

Установлено закономірності впливів механічних характеристик у домежовому та позамежовому станах кожного з прилеглих породних шарів вуглевмісної товщі на зміну напружено-деформованого стану системи шаруватий масив - кріплення виїмкової виробки, а також закономірності розвитку переміщень будь-якої точки контура кріплення виробки за нових умов оцінювання її стійкості й експлуатаційної придатності. Обгрунтовано просторову геомеханічну модель зсувів навколо пластової виробки тонкошаруватого масиву слабких порід з урахуванням кінцево-елементної побудови реальних геометричних параметрів рамного кріплення, підп'ятників, затяжки та закріпного простору за відповідних умов їх контакту та реальних механічних характеристик. Модель реалізовано з використанням методу кінцевих елементів на базі сучасних комп'ютерних програм. Створено методику прогнозу переміщень контуру кріплення виїмкової виробки, що враховує структуру порушеної тонкошаруватої вуглевмісної товщі, механічні характеристики її породних шарів і основні конструктивно-технологічні норми безпечної експлуатації.

Обгрунтувано параметри забезпечення стійкості гірничих виробок вибуховим розвантаженням порід покрівлі за рахунок керування напруженим станом порід і створення ефективних умов взаємодії кріплення з масивом. Встановлено закономірності формування зони розвантаження навколо виробки. Методом скінченних елементів визначено закономірності розподілу напружень у разі розвантаження, а також закономірності зміни несучої здатності рамного кріплення гірничої виробки за різних схем навантаження залежно від зміни пасивного опору порід.

Предложены модели для определения параметров системы крепь - массив при распоре рамной крепи.

Методом конечных элементов изучены закономерности изменения работоспособности рамной крепи горной выработки в зависимости от изменения вида нагрузки и параметров взрывной разгрузки пород вокруг горных выработок.

Исследована зависимость несущей способности крепи от условий ее нагружения и взаимодействия с массивом и даны рекомендации по расчету крепи с учетом коэффициентов условий работы. Разработана методика определения предельных нагрузок на элементы крепи по потере общей устойчивости. Дан метод расчета эффективности использования металлопроката с учетом сопротивления узлов податливости и параметров коробчатого профиля для рамной податливой крепи.

Цель работы - изучить закономерности изменения несущей способности крепи в зависимости от параметров внешнего нагружения, контактных условий ее взаимодействия с массивом и жесткости забутовки. В основу положено численное моделирование взаимодействия крепи с массивом горных пород при возникновении предельных состояний конструкции. Основная идея состоит в обеспечении принципа равнопрочности элементов крепи при ее взаимодействии с массивом. Разработаны расчетная схема и методика оценки несущей способности стальной рамной крепи с учетом контактных условий ее взаимодействия с массивом горных пород и характера приложения внешней нагрузки. Сформулирован принцип равнопрочности элементов крепи, на основе которого предложены оптимальные подходы к их проектированию. Рассмотрены и проанализированы предельные состояния, возникающие в процессе нагружения податливой крепи. Исследовано влияние свойств забутовочного материала на работоспособность крепи, установлены рациональные условия работы и параметры рамной податливой крепи.

Обоснована форма поперечного сечения для крепления горных выработок в условиях пологого и наклонного залегания пород. Исследована работа полигональной рамной крепи из коробчатого профиля, предложена методика расчета ее элементов с учетом взаимодействия с массивом пород. Обоснована оптимальная конструкция, в которой минимизированы изгибающие моменты, что экономит расход металлопроката в 3 - 5 раз. Доказано, что заполнение трубы бетоном повышает несущую способность крепи из коробчатого профиля более чем в 2 раза.

Предложена конструкция и исследована работа рамной трапециевидной крепи с центральной стойкой повышенного сопротивления податливости (КРТУ). Исследованы и обоснованы наиболее рациональные конструктивные параметры крепи КРТУ в целом и отдельных ее элементов, проанализировано влияние эксцентриситета установки центральной стойки на несущую способность крепи. Доказана необходимость перерасчета несущего профиля верхняка для каждого конкретного значения эксцентриситета центральной стойки.

Приведены результаты шахтных исследований деформационных процессов в выемочных выработках ОП "Шахта "Партизанская" ГП "Антрацит". Комплекс исследований включал визуальное обследование состояния выработок и инструментальные измерения деформаций металлической рамной крепи. Установлены основные факторы, которые определяют состояние выработок. Для разных этапов эксплуатации выработки получены зависимости изменения параметров сечения от расстояния до лавы.

Frictional joint constitutes a constructional connection and have decisive influence on the basic operational parameters of the steel frames and props, i.e. their loading capacity and yielding capacity. Currently applied constructions of frictional joints characterize with low loading capacity and unstable operation. In order to improve their operational parameters a new constructional solution of frictional joint, consisting on the application of resistance wedge assembled between the cooperating sections, was developed. In the paper results of stand tests of frictional joints with the resistance wedge, subjected to the static axial compression, were presented. In order to determine the influence of the resistance wedge on the operational parameters of the frictional joint, obtained results were compared with the results of studies of the frictional joints without the resistance wedge. On the basis of conducted tests and analysis one can state, that application of the resistance wedge influences on the enhancement of loading capacity, improves the state of loading the bolts in stirrups, and creates possibility of regulation of operational characteristics of the frictional joints.

Выполнен анализ эффективности использования различных профилей металлопроката для крепления горных выработок, рассчитаны критерии эффективности профилей при их работе на изгиб и кручение. Доказано, что оптимальным является замкнутый тонкостенный профиль квадратного очертания. Определены его параметры для изготовления рамной крепи горных выработок.