УДК 622.281.28.044

Анализ условий отработки угольных пластов на глубинах, превышающих 1000м показывает, что основную часть непроизводительных расходов составляют затраты, связанные с обеспечением устойчивости подготовительных выработок. По ГХК “Донуголь” протяженность выработок находящихся в неудовлетворительном состоянии с 1991 по 1996 гг. увеличилась с 13,5 до 31,9% от их общей протяженности. При этом объем ремонтируемых выработок за этот же период уменьшился с 5,8 до 2,4% от общей протяженности [1].

Существенное улучшение состояния выработок в условиях общего экономического спада, может быть обеспечено только за счет разработки новых и совершенствования известных малозатратных способов и средств, направленных на повышение устойчивости окружающих пород.

Одним из перспективных направлений при решении поставленной задачи является применение анкерных систем. Традиционно, анкер рассматривается как силовой элемент, повышающий отпор массиву на контуре выработки и оказывающий сопротивление расслоению пород. В настоящее время многие исследователи полагают, что применение анкера в качестве только силового элемента не позволяет полностью использовать его технический потенциал. Значительно эффективнее использование анкерной крепи как средства армирования окружающего выработку массива [2, 3]. В начальный момент анкерная крепь повышает условно-мгновенную прочность массива, а при образовании зоны неупругих деформаций играет роль “подпорной стенки” повышая остаточную прочность пород [3].

С технической точки зрения анкерная крепь характеризуется конструктивным исполнением и несущей способностью (усилие выдергивания). Технологические параметры анкерной крепи оцениваются временем установки и временем включения в работу.

Конструктивно, анкерная крепь изготавливается в виде: металлических стержней с гладкой или рифленой поверхностью; металлических труб цельных и с разрезом вдоль оси. Несущая способность анкера определяется способом и условиями закрепления в шпуре и является одной из важнейших его характеристик.

Поэтому совершенствование способов и средств закрепления анкера неразрывно связано с повышением надежности и эффективности анкерных систем.

Известен способ закрепления металлического анкера с помощью замков различной конструкции, которые распираются в шпуре при вращении анкера [4]. Несущая способность анкера составляет 20-60 кН при времени установки 2—5 мин. Этот тип анкера отличает относительная сложность в изготовлении, возможность повторного использования, ввод в работу с момента установки.

Применение для закрепления анкера цементирующих составов и синтетических смол позволило расширить объемы и область применения анкерных систем [4]. Анкер закрепляется на некотором участке или по всей длине. В последнем случае он выступает в роли армирующего элемента. Усилие закрепления такого анкера достигает 50—130 кН. Установка армополимерного анкера производится за 3—5 мин, но включение в работу происходит через более длительный период, связанный с временем схватывания связующего состава. Совершенствование этой анкерной системы, применительно к условиям шахт Украины, на наш взгляд, заключается в разработке и применении дешевых быстросхватывающихся скрепляющих составов и переходе на шпуры меньшего диаметра. Простые расчеты показывают, что уменьшение диаметра шпура под анкер с 42 до 30 мм приводит к уменьшению расхода скрепляющего состава в 3 раза.

На настоящее время разработан и испытан в шахтных условиях целый ряд анкерных систем, в которых закрепление анкера производится без связующих составов и механических замков — беззамковые анкеры.

В трубчатом взрывораспорном анкере закрепление на участке или по всей длине производится энергией взрыва. Усилие закрепления составляет 50—70 кН на 1 м длины анкера. Время установки составляет 4 мин [4]. Недостатком данной анкерной системы является многооперационность, ведение взрывных работ, сейсмика. Винтовой анкер закрепляется за счет завинчивания анкера-винта диаметром 32 мм в шпур диаметром 27 мм. Усилие закрепления 25—75 кН. Время установки составляет 0,5 мин. Эта анкерная система не получила широкого распространения ввиду сложности изготовления и установки.

В последнее время широкое распространение получили анкерные системы “Сплит-Сет” и “Свелекс” [5].

В первой, закрепление анкера осуществляется за счет распора при введении трубчатого анкера диаметром 38 мм с разрезом в шпур диаметром 35 мм. Усилие закрепления составляет от 25 до 50 кН на 1 м. Время установки до 2 мин.

Во второй, закрепление осуществляется за счет выпрямления предварительно смятой внутрь тонкостенной трубы диаметром 41 мм в шпуре диаметром 30—39 мм под действием давления воды 30 МПа. Разрушающая нагрузка на анкер составляет 100 кН. Время установки анкера 2 мин. Эти анкера имеют значительно меньшую прочность на сдвиг чем анкера имеющие сплошную штангу.

Проведенный анализ различных анкерных систем показывает, что наиболее перспективными являются системы “Сплит-Сет” и “Свелекс”, в которых анкер закрепляется без применения скрепляющих составов. Наряду с высокой производительностью данные анкерные системы обеспечивают достаточно высокую несущую способность. Общим недостатком их является низкая сопротивляемость усилиям среза.

Полученные соотношения между разностью диаметров анкера и шпура и силой запрессовки анкера справедливы при сплошном контакте поверхностей анкера и шпура. Уменьшение площади контактных поверхностей за счет изменения профиля анкера по длине приведет к адекватному уменьшению необходимой силы запрессовки анкера. Уменьшение коэффициента трения между анкером и породой также приводит к уменьшению силы запрессовки анкера. Для промышленного использования анкерной системы, в которой закрепление анкера производится за счет сил взаимного деформирования материала анкера и окружающих пород, необходимо провести комплекс лабораторных и шахтных исследований для обоснования рациональных параметров технологии установки анкера и области применения.