Нагрузка на крепь определяется геомеханическими, технологическими и геометрическими параметрами. При комбайновой технологии проведения выработок нагрузка уменьшается в 1,5-1,6 раза. Сохраняется жесткая зависимость величины нагрузки от качества заполнения закрепного пространства. Несущая способность арок из СВП-27 и СВП-33 превышает несущую способность арок из СВП-22 на 33 и 76 %. Несущая способность арки с учетом пластических деформаций стали возрастает на 32-42 % по сравнению с упругим расчетом.
Предлагается методика расчета нагрузок на арочную крепь односторонних прямоугольных сопряжений в рудном массиве Яковлевского месторождения КМА. Расчетная схема соответствует жесткопластической модели деформирования рудного массива в кровле сопряжений. Основным фактором, определяющим величину нагрузки на перекрытия сопряжений, являются пустоты в кровле после забутовки. Выявлены низкая эффективность плоских перекрытий сопряжений по камерным рамам и преимущества перекрытий сопряжений арками из спецпрофиля СВП с горизонтальными стяжками из арматурной стали. Обоснована возможность оперативного расчета нагрузок и выбора параметров перекрытий по условиям прочности и устойчивости несущих элементов крепи в рудах различных типов.
Рассмотрены проблемы, связанные с геомеханическим прогнозом напряженно-деформированного состояния станций глубокого заложения. Показан комплексный подход изучения статической работы станций, включающий натурные исследования на различных этапах их строительства и численное моделирование методом конечных элементов.
Представлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния массива выработками первой очереди защитного перекрытия Яковлевского рудника. Методом конечных элементов определено изменение напряженно-деформированного состояния массива, ослабленного выработкой. Получены распределения напряжений в массиве, смещения контура выработок, размеры условных зон нелинейных деформаций. Для очистных заходок первой очереди предложен вариант комбайновой проходки с применением упрочняющей крепи из анкеров с затяжкой рудного обнажения.
Приведены результаты математического моделирования формирования полей напряжений в слоистом массиве при различном соотношении вертикальных и горизонтальных напряжений. Сделана оценка степени влияния наличия и расположения крупного геологического нарушения на напряженное состояние вокруг горной выработки.
Представлена схема нагружения и методики расчета нагрузок на арочную крепь КМП-А3 по гипотезе сводообразования и условию подбучивания контура обнажения в рудном массиве Яковлевского железорудного месторождения. Определены нагрузки на крепь в рыхлых, средней плотности и плотных рудах.
Дана оценка применяемых на Яковлевском руднике конструкций крепи с плоским перекрытием. Определены профили и типоразмеры элементов, рациональная область эксплуатации крепи сопряжений выработок. Обоснована целесообразность применения крепи с арочным перекрытием, обладающей большей несущей способностью и эксплуатационной надежностью.
Переборы за проектный контур представляют закономерное явление, причины которого заключаются в совокупном влиянии физико-механических свойств руды и сейсмического воздействия на массив взрыва шпуровых зарядов. Размер закрепного пространства хорошо аппроксимируется усеченным нормальным законом распределения. Основные направления совершенствования проходки и повышения устойчивости выработок: выбор эффективного забутовочного материала и способа его укладки в закрепное пространство, поиск рациональных параметров буровзрывных работ, изучение возможности применения комбайновой технологии .
Для различных горно-геологических и горно-технических условий определены несущие способности крепи КМП-А3, трапециевидной крепи без и с подкосами. На основании полученных зависимостей можно определить эффективную область применения крепи и ее параметры. В массиве рыхлых железно-слюдковых мартитовых руд естественной влажности эксплуатационное состояние выработки сечением в свету 11,2 м 2 может быть обеспечено крепью КМП-А3 из СВП-22 с шагом 1 м. Несущая способность трапециевидной рамы может быть увеличена в три раза введением в конструкцию подкосов. Определены рациональные параметры трапециевидной крепи с подкосами для выработок в осушенном и обводненном рудных массивах.
Характер деформирования рыхлых и плотных железно-слюдковых мартитовых руд вокруг выработки с крепью КМП-А3 различен. В плотной руде процесс смещений характеризуется знакопеременными деформациями руды во времени и вглубь массива. Большая часть смещений реализуется через 10-80 сут. Размеры зоны деформаций рудного массива в лежачем боку (1,2-1,3)R пр , в кровле (1,0-1,1)R пр , в висячем боку (1,3-1,4)R пр . Приконтурная зона размером 0,8-1,5 м склонна к разрушению. Размеры зоны деформаций вмещающего рудного массива в лежачем боку (1,0-1,1)R пр и висячем боку (1,1-1,2)R пр , в кровле (1,1-1,2)R пр . Стабилизации смещений вмещающего рыхлого и плотного рудного массива не зафиксировано.
На примере Михайловского и Яковлевского месторождений рассмотрены проблемы освоения богатых железных руд КМА, связанные с их глубоким залеганием, с учетом сложных инженерно-геологических условий строительства подземных рудников и вредных последствий разработки руд открытым способом для природной среды. Приведены результаты комплексных испытаний физико-механических свойств рыхлых богатых руд, которые пока недостаточно изучены. Дан прогноз отчуждения земель и засорения почв, обусловленных увеличением объемов вскрыши при дальнейшей эксплуатации Михайловского карьера. Для Яковлевского рудника изучены наиболее эффективные слоевые системы разработки рудного тела с закладкой выработанного пространства. Рекомендован нисходящий порядок отработки блоков с устройством по верхнему слою защитного перекрытия для предупреждения осадки вышележащей толщи с образованием каналов гидравлической связи с каменноугольным водоносным горизонтом.
