Обґрунтування способів зміцнення порід покрівлі шару за допомогою застосування анкерної кріпи

 

Кравчук Р. Н. Гр. РКК - 96 «б»

Керівник: к.т.н. Н.Н.Кас'ян

 

Важливу роль у підвищенні ефективності виробництва (зниження собівартості продукції, ріст продуктивності праці, забезпечення безпеки і ритмічності роботи шахт і рудників) грає рішення проблеми раціонального кріплення і надійної підтримки вироблень. Застосовувані кріпи, незважаючи на високу матеріалоємність, не задовольняють у деяких випадках гірничо-геологічним умовам, у яких вони застосовуються, і не відповідають сучасним вимогам подальшого підвищення ефективності виробництва. Тому в даний час для забезпечення безремонтного змісту вироблень ведеться створення і впровадження нових конструкцій кріпей, що мають велику несучу здатність і меншу металоємність. До числа таких кріпей відносяться й анкерна,  котра використовується не тільки для кріплення підземних гірських вироблень, але і для утримання крутих гірських схилів у гористій місцевості і бортів кар'єрів при відкритому видобутку корисних копалин, а також для різних допоміжних цілей.

Анкерна кріп складається із системи анкерних стрижнів (дерев'яних, металевих, залізобетонних, пластмасових і ін.), що закріплюються в пробурених по контурі вироблення шпарах і призначених для збільшення несучої здатності  гірських порід за рахунок скріплення й утримання її окремих чи шарів блоків у залежності від структурної будівлі порід, що уміщають вироблення.

Анкер у свою чергу складається зі стрижня , замка і натяжного пристрою. Замок анкера служить для закріплення стрижня в породі, а натяжний пристрій (гайка, клин і т.д.)  - для створення в стрижні анкера попереднього натягу з метою зменшення розвитку деформації гірських порід. В анкерах, стрижні яких закріплюються по всій довжині шпари, замковий пристрій, а також попередній натяг у стрижнях можуть бути відсутні.

Замки анкерів розташовуються або в стійких породах вище контуру природної рівноваги, або в шарах порід, що переміщаються з безпечною швидкістю зрушення, забезпечуючи стійкий стан гірських вироблень.

Несуча здатність порід з анкерної кріп`ю досягає таких меж, при яких вони не руйнуються під впливом гірського тиску при відсутності у виробленні несущої кріпи, а здатні лише плавно прогинатися без розриву сплошності.

Анкери використовуються в якості постійної і тимчасов кріпи, а також для різних допоміжних цілей. У якості постійної кріпи вони використовуються як самостійно, так і в сполученні з іншими видами кріпей. До них відноситься анкерна кріп у комбінації з набризгбетонної і рамної кріпями. Набризкбетон захищає породи від доступу повітря і запобігає їхнє вивітрювання і руйнування. Крім того, володіючи високою міцністю, набризкбетон значно підсилює конструкцію кріпи. У цілому набризкбетон у комбінованій кріпи виконує роль активного затягування.

Тимчасова анкерна кріп по характері роботи підрозділяється на підтримуючу і що обгороджує.

Підтримуюча тимчасова анкерна кріп призначена для запобігання обвалення порід до зведення постійної кріпи.

В огорожующей часовий кріпи анкери служать для підвіски запобіжних перекриттів, що захищають людей і машини від шматків, що випадають, з покрівлі вироблення.

Анкери використовуються також для зміцнення шахтного устаткування, підвіски кабелів, вентиляційних і водопровідних труб, ремонту гірських вироблень і т.п.

Багаторічний досвід застосування анкерної кріпи показав, що ця кріп може застосовуватися в широкому діапазоні гірських порід по міцності і структурній їхній будівлі як самостійно, так і в сполученні з кріпями підтримуючого типу, набризкбетоном і монолітним бетоном.

У залежності від структурної будівлі порід покрівлі форми перетину вироблення розрізняють п'ять основних умов її застосування:

-        слабостійки шаруваті породи безпосередньої чи помилкової покрівлі підвішуються анкерами до основної покрівлі;

-        різні породні шари, скріплюючи анкерами, утворять складену балку, що охороняє покрівлю від обвалення (випадок «зшивки»);

-        біля кожного анкера шматки тріщинуватої породи притискаються до один одному, утворити міцний блок. У цьому випадку по периметрі вироблення за допомогою анкера складається кільце таких блоків, що підтримують один одного, як у кам'яній арці;

-        у тріщинуватій однорідній гірській породі великої потужності анкерна кріп охороняє вироблення від відвала окремих шматків при розкритті природних тріщин під впливом гірського тиску;

-        при проведенні по сильно тріщинуватому шаруватому масиві з контуром, що близько збігається зі зводом природної рівноваги, анкерна кріп охороняє вироблення від корження і висипання гірських порід.

Відомо понад 300 різновидів анкерної кріпи, що відрізняються способом закріплення, матеріалом і конструктивним виконанням.

Вибір типу анкерної кріпи залежить від ряду геологічних, горнотехнічних і техніко-економічних  факторів. До цих факторів відносяться: будівля і фізико-механічні характеристики гірських порід, ступінь порушенності і водоносність родовищ, глибина розробки, відстань між шарами, конфігурація, призначення і термін служби вироблення, умови її експлуатації, витрата, вартість, дефіцитність і прочностні властивості матеріалів анкерної кріпи, технологічність виготовлення і зведення кріпи.

Усе різноманіття конструкцій можна систематизувати в такий спосіб. Як матеріал для виготовлення кріпи застосовуються дерево, бамбук, метал, залізобетон, полімери, гуму. По виду розрізняють однозамкові, двузамкові, багатозамкові і беззамкові анкери. Для закріплення анкерів у шпарі застосовують наступні способи: механічний, хімічний, вибуховий; крім того, для цієї ж мети використовують цементний розчин.  Замки анкерів бувають клинові, клинощелеві, розпірні і гвинтові. По числу стрижнів розрізняють однострижневі, двустержневі і багатостержневі анкери. Вони можуть бути тверді і гнучкі (канатні, дротові) з періодичним, круглим і гофрованим профілем. Опорні елементи (шайби) можуть бути сферичні, плоскі і фігурні. Для попереднього натягу анкерів використовують різьбову пару в замковій чи хвостовій частині і клинові з'єднання в місці установки опорних елементів. Кріп розрізняють тверду і податливу, для її зведення застосовують механізований і ручний способи.

З приведеного видно, що анкерні кріпи про порівнянню з кріпями підтримуючого типу мають великі можливості з погляду механізації процесів кріплення і використання прочностних властивостей матеріалів кріпи. Це забезпечує значну економію матеріальних і трудових витрат.

Слід зазначити, що кожен тип анкера не сполучає в собі всіх достоїнств, властивому цьому виду кріпи, а має визначене сполучення позитивних якостей, що визначають його раціональну область застосування. При встановленні області застосування різних типів анкерів до обліку приймалися наступні фактори: міцність закріплення, експлуатаційна характеристика кріпи, вартість анкера, технологічність його виготовлення, простота установки, можливість повторного використання і витрата матеріалу.

Питанням удосконалювання і конструювання анкерів приділяється велика увага, як у нас, так і за рубежем.

Створено  зроблені конструкції металевих, армополімерних і залізобетонних анкерів, а також анкерів з натуральної, пресованої  і пластифіцированної деревини.

У КузНДІ розроблені металеві і дерев'яні анкери підвищеної несучої здатності, міцність закріплення яких у шпарах досягає межі міцності стрижня на розрив (60 – 180 кН).

З метою підвищення міцності закріплення в шпарах дерев'яних анкерів рекомендується встановлювати їх у шпарах з розбуреної на конус даною частиною, а також закріплювати стрижні з застосуванням ампул зі смолою й отвердителем.

Для підвищення несучої здатності металевих анкерів з четирехперой гільзою в США створені їхні різновиди з двома і трьома гільзами. Велика увага приділяється створенню залізобетонних анкерів з попередньо напруженою арматурою.

В даний час у вітчизняній і закордонній практиці відомо більш 600 різних конструкцій металевих, залізобетонних, пластмасових, бамбукових, канатних і інших різновидів анкерів, що вперше систематизовані.

Анкерна кріп застосовується у всіх країнах світу з розвитий гірничодобувною промисловістю: США, Канаді, Великобританії, Франції, Іспанії, Австралії і  т.д.

Анкерна кріп використовується в широкому діапазоні кріплення як розкривають, що підготовляють і інших гірських вироблень, так і при очисній виїмці корисних копалин.  Розширюється область застосування її в комбінації з іншими видами кріпи (рамної, набризгбетонної, монолітним бетоном), а також для різних допоміжних цілей.                

 

 

Перелік використаної літератури:

1.         Широков А.П. Теорія та практика використання анкерної кріпи. – М., Надра, 1981,391л.

2.         Широков А.П. та ін. Разрахунок анкерної кріпи у різних умовах використання . – М., Надра, 1976,207л.

3.         Широков А.П., Лідер В.А., Азауров М.А. та ін. Анкерна кріп: Довідник. - М., Надра, 1990,205л.

4.         Ташбет Ю.В. Використання анкерної кріпи у сланцевих шахтах. -  Вугілля, 1983, № 1, л.24-25.

 

 

Назад