Обґрунтування
способів зміцнення порід покрівлі шару за допомогою застосування анкерної
кріпи
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.