Обоснование способов упрочнения пород кровли пласта
с помощью применения анкерной крепи
Важную роль в повышении эффективности производства (снижение себестоимости продукции, рост производительности труда, обеспечение безопасности и ритмичности работы шахт и рудников) играет решение проблемы рационального крепления и надежного поддержания выработок. Применяемые крепи, несмотря на высокую материалоемкость, не удовлетворяют в некоторых случаях горно-геологическим условиям, в которых они применяются, и не отвечают современным требованиям дальнейшего повышения эффективности производства. Поэтому в настоящее время для обеспечения безремонтного содержания выработок ведется создание и внедрение новых конструкций крепей, имеющих большую несущую способность и меньшую металлоемкость. К числу таких крепей относятся и анкерная, которая используется не только для крепления подземных горных выработок, но и для удержания крутых горных склонов в гористой местности и бортов карьеров при открытой добыче полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей.
Анкерная
крепь состоит из системы анкерных стержней (деревянных, металлических,
железобетонных, пластмассовых и др.) закрепляемых в пробуренных по контуру
выработки скважинах и предназначенных для увеличения несущей способности горных пород за счет скрепления и удержания
ее отдельных слоев или блоков в зависимости от структурного строения пород,
вмещающих выработку.
Анкер в свою
очередь состоит из стержня , замка и натяжного устройства. Замок анкера служит
для закрепления стержня в породе, а натяжное устройство (гайка, клин и т.
д.) - для создания в стержне анкера
предварительного натяжения с целью уменьшения развития деформации горных пород.
В анкерах, стержни которых закрепляются по всей длине скважины, замковое
устройство, а также предварительное натяжение в стержнях могут отсутствовать.
Замки анкеров
располагаются либо в устойчивых породах выше контура естественного равновесия,
либо в слоях пород, перемещающихся с безопасной скоростью сдвижения,
обеспечивая устойчивое состояние горных выработок.
Несущая
способность пород с анкерной крепью достигает таких пределов, при которых они
не разрушаются под воздействием горного давления при отсутствии в выработке
несущей крепи, а способны лишь плавно прогибаться без разрыва сплошности.
Анкеры
используются в качестве постоянной и временной крепи, а также для различных
вспомогательных целей. В качестве постоянной крепи они используются как
самостоятельно, так и в сочетании с другими видами крепей. К ним относится
анкерная крепь в комбинации с набрызгбетонной и рамной крепями. Набрызгбетон
защищает породы от доступа воздуха и предотвращает их выветривание и
разрушение. Кроме того, обладая высокой прочностью, набрызгбетон значительно
усиливает конструкцию крепи. В целом набрызгбетон в комбинированной крепи
выполняет роль активной затяжки.
Временная
анкерная крепь по характеру работы подразделяется на поддерживающую и
ограждающую.
Поддерживающая
временная анкерная крепь предназначена для предотвращения обрушения пород до
возведения постоянной крепи.
В ограждающей
временной крепи анкеры служат для подвески предохранительных перекрытий,
защищающих людей и машины от выпадающих кусков из кровли выработки.
Анкеры
используются также для укрепления шахтного оборудования, подвески кабелей,
вентиляционных и водопроводных труб, ремонта горных выработок и т. п.
Многолетний опыт
применения анкерной крепи показал, что эта крепь может применяться в широком
диапазоне горных пород по крепости и структурному их строению как
самостоятельно, так и в сочетании с крепями поддерживающего типа,
набрызгбетоном и монолитным бетоном.
В зависимости от
структурного строения пород кровли формы сечения выработки различают пять
основных условий ее применения:
-
слабоустойчивые
слоистые породы непосредственной или ложной кровли подвешиваются анкерами к
основной кровле;
-
различные
породные слои, скрепляясь анкерами, образуют составную балку, предохраняющую
кровлю от обрушения (случай «сшивки»);
-
около
каждого анкера куски трещиноватой породы прижимаются к друг другу, образуя
прочный блок. В этом случае по периметру выработки с помощью анкера
составляется кольцо таких блоков, поддерживающих друг друга, как в каменной
арке;
-
в
трещиноватой однородной горной породе большой мощности анкерная крепь
предохраняет выработку от вывала отдельных кусков при раскрытии природных
трещин под воздействием горного давления;
-
при
проведении по сильно трещиноватому слоистому массиву с контуром, близко
совпадающим со сводом естественного равновесия, анкерная крепь предохраняет
выработку от коржения и высыпания горных пород.
Известно свыше
300 разновидностей анкерной крепи, отличающихся способом закрепления,
материалом и конструктивным исполнением.
Выбор типа
анкерной крепи зависит от ряда геологических, горнотехнических и
технико-экономических факторов. К этим
факторам относятся: строение и физико-механические характеристики горных пород,
степень нарушенности и водоносность месторождений, глубина разработки,
расстояние между пластами, конфигурация, назначение и срок службы выработки,
условия ее эксплуатации, расход, стоимость, дефицитность и прочностные свойства
материалов анкерной крепи, технологичность изготовления и возведения крепи.
Все многообразие
конструкций можно систематизировать следующим образом. В качестве материала для
изготовления крепи применяются дерево, бамбук, металл, железобетон, полимеры,
резину. По виду различают однозамковые, двухзамковые, многозамковые и
беззамковые анкеры. Для закрепления анкеров в скважине применяют следующие
способы: механический, химический, взрывной; кроме того, для этой же цели
используют цементный раствор. Замки
анкеров бывают клиновые, клинощелевые, распорные и винтовые. По числу стержней
различают одностержневые, двухстержневые и многостержневые анкеры. Они могут быть
жесткие и гибкие (канатные, проволочные) с периодическим, круглым и
гофрированным профилем. Опорные элементы (шайбы) могут быть сферические,
плоские и фигурные. Для предварительного натяжения анкеров используют резьбовую
пару в замковой или хвостовой части и клиновые соединения в месте установки
опорных элементов. Крепь различают жесткую и податливую, для ее возведения
применяют механизированный и ручной способы.
Из приведенного
видно, что анкерные крепи про сравнению с крепями поддерживающего типа обладают
большими возможностями с точки зрения механизации процессов крепления и
использования прочностных свойств материалов крепи. Это обеспечивает
значительную экономию материальных и трудовых затрат.
Следует
отметить, что каждый тип анкера не совмещает в себе всех достоинств, присущих
этому виду крепи, а обладает определенным сочетанием положительных качеств,
которые предопределяют его рациональную область применения. При установлении
области применения различных типов анкеров к учету принимались следующие
факторы: прочность закрепления, эксплуатационная характеристика крепи,
стоимость анкера, технологичность его изготовления, простота установки,
возможность повторного использования и расход материала.
Вопросом
совершенствования и конструирования анкеров уделяется большое внимание, как у
нас, так и за рубежом.
Созданы совершенные конструкции металлических,
армополимерных и железобетонных анкеров, а также анкеров из натуральной,
прессованной и пластифицированной
древесины.
В КузНИИ
разработаны металлические и деревянные анкеры повышенной несущей способности,
прочность закрепления которых в скважинах достигает предела прочности стержня
на разрыв (60 – 180 кН).
С целью
повышения прочности закрепления в скважинах деревянных анкеров рекомендуется
устанавливать их в скважинах с разбуренной на конус данной частью, а также
закреплять стержни с применением ампул со смолой и отвердителем.
Для повышения
несущей способности металлических анкеров с четырехпёрой гильзой в США созданы
их разновидности с двумя и тремя гильзами. Большое внимание уделяется созданию
железобетонных анкеров с предварительно напряженной арматурой.
В настоящее
время в отечественной и зарубежной практике известно более 600 различных
конструкций металлических, железобетонных, пластмассовых, бамбуковых, канатных
и других разновидностей анкеров, которые впервые систематизированы.
Анкерная крепь
применяется во всех странах мира с развитой горнодобывающей промышленностью:
США, Канаде, Великобритании, Франции, Испании, Австралии и т. д.
Анкерная крепь
используется в широком диапазоне крепления как вскрывающих, подготавливающих и
прочих горных выработок, так и при очистной выемке полезных ископаемых. Расширяется область применения ее в
комбинации с другими видами крепи (рамной, набрызгбетонной, монолитным
бетоном), а также для различных вспомогательных целей.
Список
используемой литературы:
1.
Широков
А.П. Теория и практика применения анкерной крепи. – М., Недра, 1981, 391 с.
2.
Широков
А.П. и др. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. - М., Недра,
1976, 207 с.
3.
Широков
А.П., Лидер В.А., Дзауров М.А. и др. Анкерная крепь: Справочник. - М., Недра,
1990, 205 с.
4.
Ташбет
Ю. В. Использование анкерной крепи на сланцевых шахтах. – Уголь, 1983, № 1, с.
24-25.