Лабораторный практикум по ККПС 2011

72

В последние годы на ряде шахт Кузбасса (объединения ОАО «СУЭК-Кузбасс» ПЕ «Шахта им. С. М. Кирова», ПЕ «Шахта Комсомолец», ОАО «Шахта Распадская» и др.) довольно широко применяют сталеполимерные анкеры диаметром 20 мм длиной 1,8–2,2 м. Диаметр ампул 23 мм, длина 355 и 600 мм. В качестве заполнителя (инертного) ампул применяют кварцевый песок и измельченную известь, связующих веществ – полиэфирную смолу ПН-12, отвердителя смолы – перекись бензола. Время затвердевания смеси ампулы длиной 355 мм – 1,5 мин, ампулы длиной 600 мм – 2 мин. Анкеры устанавливают в скважинах диаметром 30–32 мм. Следовательно, зазоры между стенками скважины (породами) и штангой составляют 5–6 мм.

Ж е л е з о б е т о н н ы й а н к е р (рис. 7) состоит из стально-

го стержня 1 круглого или периодического профиля, цементнопесчаного раствора 2, уплотнительного кольца (опорной плитки) 3 и натяжной гайки 4. В качестве арматуры используют также отрезки металлических канатов, обычно уже бывших в употреблении, трубы, проволоку диаметром 6–12 мм, скрученную вдвое, втрое и более раз, стальные полосы и др. Для ускорения твердения цементно-песчаного раствора обычно добавляют ускорители твердения (хлористый кальций и др.). Цементно-песчаный раствор подают в скважину при помощи насосов, ручных шприцев или в ампулах.

Рис. 7. Конструкция железобетонного анкера

Железобетонные анкеры по способу установки разделяют на забивные, арматурные стержни которых забивают в скважины после нагнетания закрепляющего раствора, и на инъектируемые,

73

когда раствор нагнетают (впрыскивают) в скважину после установки арматуры. Натяжение анкера производят после отвердения закрепляющих растворов, обычно через 3–5 ч после установки. Несущая способность железобетонных анкеров 70–80 кН.

В прочных горных породах и при небольшом горном давлении стержень анкера закрепляется в скважине в донной части.

Основные достоинства железобетонных анкеров – это простота конструкции, возможность применения в породах различной прочности, закрепление по всей длине скважин. Значительные недостатки железобетонных анкеров – способность воспринимать нагрузку только после набора бетоном надлежащей прочности, т.е. через 10–12 ч, что ограничивает область применения. Железобетонные анкеры довольно широко применяют на рудных шахтах.

В и н т о в о й а н к е р представляет собой штангу из специального профиля с резьбой, имеющую наружный диаметр на 2– 3 мм больше с каждой стороны, чем диаметр скважины (рис. 8). Завинчивание анкера в скважину производится бурильной машиной, при этом резьба внедряется в стенки скважины на 2–3 мм, обеспечивая закрепление анкера по всей длине. Прочность закрепления винтовых анкеров в скважине составляет 90–120 кН и более.

Рис. 24. Конструкция винтового анкера

Винтовые анкеры испытаны и применялись в последние годы в небольших объемах на отдельных шахтах в Ленинском и Прокопьевском районах Кузбасса.

П о л и м е р н ы й а н к е р конструкции ИГД им. А. А. Скочинского. Для некоторых горнотехнических условий требуется

75

бы с необработанной внутренней поверхностью, опорной плитки 3, натяжной гайки 4, уплотнительного кольца 5, ампулы с закрепителем. Для более равномерного распределения связующих веществ ампул по всей длине закрепляемой части штанги и увеличения силы сцепления на нее надевают пружину 7 из стали диаметром 2 мм.

Ампулы изготовляют из полиэтиленовой пленки, стекла, бумаги и других разрушающих материалов.

Компоненты ампул обладают способностью быстрого отвердения при перемешивании в течение 5–7 с и обеспечивают высокую прочность закрепления штанг анкеров в скважинах при их установке как в породном, так и в угольном массиве независимо от материала штанг.

ВКузбассе ампулы из полиэтиленовой пленки изготовляются длиной 365 мм, наружным диаметром 35 мм, с двумя отделениями. В одном отделении помещаются смола и инертный заполнитель, а в другом – отвердитель. Применяются ампулы различного состава. Так, ВНИИгидроуголь рекомендует состав компонентов брать в следующих соотношениях: фенолформальдегидная смола – 100; наполнитель – 50–200; отвердитель – 10–30.

Вкачестве наполнителя используется сухой песок с содержанием глинистых включений не более 10 %. Отвердитель состоит из двух компонентов – бензол-сульфокислоты (28,5 %) и ортофосфорной кислоты (71,5 %). Полимерные анкеры устанавливают в скважинах таким же образом, как сталеполимерные анкеры.

Полимерная анкерная крепь испытана на ряде шахт Кузбасса. Ее применяют на отдельных шахтах Прокопьевского района для крепления подготовительных и очистных выработок при разработке мощных крутых пластов, где возникает необходимость в быстром разрушении анкеров выемочными машинами.

О п о р н о - п о д д е р ж и в а ю щ и е э л е м е н т ы а н к е р -

н о й к р е п и . В зависимости от прочности и устойчивости закрепляемых пород анкеры применяют с различными поддерживающими элементами: стальными опорными плитками, металлическими и деревянными подхватами. Пространство между анкерами затягивают металлическими решетчатыми, сетчатыми, де-

76

ревянными и рулонными стеклопластиковыми затяжками в зависимости от назначения и срока службы выработки.

Опорные шайбы, плитки и подхваты предназначены для передачи усилия натяжения анкеров на закрепляемые породы и предотвращения их обрушения. Опорные плитки для всех видов анкерной крепи, кроме деревянных, изготавливают из листовой стали. Размер опорных плиток в зависимости от прочности пород принимают равным 150 150 10 и 100 100 6 мм. Плоскость опорной плитки должна располагаться перпендикулярно к оси анкера. Для анкеров, устанавливаемых перпендикулярно к обнаженной поверхности, обычно применяют плоские опорные плитки. Для анкеров, устанавливаемых наклонно к обнаженной поверхности, следует применять опорные плитки шарообразной или треугольной формы.

При низкой устойчивости обнаженных пород анкеры устанавливают с подхватами и затяжками. Подхваты изготовляют из металлической полосы (обычно шириной 100–150 мм и толщиной 5–10 мм), швеллеров (№ 10, 12, 14 и др.), шахтного профиля СВП или сваривают из круглых стальных стержней. При небольшом сроке службы выработок (обычно не более одного года), а также при использовании деревянных анкеров зачастую применяют деревянные подхваты из распилов, брусьев, стоек. В зависимости от трещиноватости, слоистости и других элементов строения анкеруемых пород подхваты устанавливают поперек или вдоль выработки. Затяжки при креплении выработок анкерами применяют в основном металлические решетчатые, металлические сетчатые и рулонные из стеклоткани. В подготовительных выработках с небольшим сроком службы довольно широко используют деревянные затяжки совместно с деревянными подхватами.

Анкерная крепь является одним из наиболее прогрессивных и эффективных видов крепей горных выработок. Поэтому ее довольно широко применяют на рудных и угольных шахтах нашей страны и за рубежом. Так, на ряде рудных и угольных шахт РФ и СНГ анкерной крепью ежегодно крепят около 70 % всех проводимых горных выработок. На угольных шахтах Кузбасса объем крепления горных выработок анкерной крепью составляет около

77

150 км в год. Широко применяют анкерную крепь для ремонта выработок различного назначения и срока службы.

О ф о р м л е н и е л а б о р а т о р н о й р а б о т ы

Приводятся рисунки конструкций анкеров (металлических

идеревянных клинощелевых, металлических клинораспорных с двухперой гильзой, ШК-1М, АК-8, АК-8у, АКМ полимерных

идр.), кратко описываются основные достоинства и недостатки, условия и области эффективного применения.

Желательно дать предложения по совершенствованию изученных конструкций анкеров.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Что понимают под анкерной крепью.

2.Объясните сущность работы анкерной крепи.

3.Расскажите, на какие группы делятся анкеры по материалу, из которого они изготовлены, и по принципу закрепления в скважине.

4.Покажите на рисунках конструкцию металлических и деревянных клинощелевых анкеров, расскажите о принципе работы, область их целесообразного применения, достоинствах и недостатках.

5.Покажите на рисунках конструкцию анкеров ШК-1М, АК-8у и АКМ, назовите условия и область их целесообразного применения, достоинства и недостатки.

6.Как устанавливаются металлические и деревянные клинощелевые анкеры в скважинах?

7.Как устанавливаются анкеры ШК-1М, АК-8у и АКМ в скважинах?

8.Покажите на рисунках конструкцию железобетонных и винтовых анкеров и объясните, как они закрепляются в скважинах, основные их достоинства и недостатки.

9.Как устроены сталеполимерные и полимерные анкеры конструкции ИГД им. А. А. Скочинского, как они работают и устанавливаются в скважинах? Основные их достоинства и недостатки, область целесообразного применения.

10.Объясните, какие факторы влияют в основном на прочность закрепления анкеров в скважинах.

78

11.Что понимают под несущей способностью анкера и одинаковы ли понятия «прочность закрепления» анкера и «несущая способность» анкера?

12.Объясните, почему анкеры устанавливаются с начальным натяжением и исходя из каких требований принимается величина натяжения анкеров.

13.Назовите основные преимущества анкерной крепи перед обычными видами рамных и сплошных бетонных и железобетонных крепей.

14.Какие опорные элементы и в каких условиях они применяются в сочетании с анкерами?

15.Ваши предложения по совершенствованию изученных конструкций анкеров.

Ла б о р а т о р н а я р а б о т а № 5

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ВРЕМЕННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КРЕПЕЙ

Ц е л ь р а б о т ы – изучение конструкций, принципа работы и порядка установки следующих временных предохранительных крепей:

предохранительной выдвижной крепи;

предохранительной консольной крепи конструкции ВНИИОМШСа;

предохранительной консольной крепи конструкции

ВостНИИ;

временной предохранительной штыревой крепи;

временной предохранительной анкерной крепи;

временной предохранительной металлической крепи. При проведении горизонтальных и наклонных горных вы-

работок в неустойчивых породах до возведения постоянной крепи в призабойном пространстве устанавливают временную предохранительную крепь следующих видов: предохранительную, инвентарную, полуинвентарную или неинвентарную.

П р е д о х р а н и т е л ь н а я к р е п ь включает деревянные ремонтины, металлические раздвижные стойки и выдвижные

79

балки или трубы на подвесках к верхнякам. Эту крепь возводят на участке до 3 м от забоя сразу же после взрывания шпуров или по мере освобождения почвы выработки от взорванной породы.

И н в е н т а р н а я к р е п ь применяется в виде сборноразборных металлических конструкций с раздвижными стойками

исъемными верхняками или в виде подвесных верхняков на крючках (штырях), свободно заложенных в восстающие скважины под кровлей выработки. По мере возведения постоянной крепи рамы инвентарной крепи разбирают, переносят вперед к забою

иснова устанавливают.

П о л у и н в е н т а р н а я к р е п ь – это конструкция крепи, например, анкерного типа, у которой верхняки снимаются легко, а анкеры (болты) – тяжело, поэтому их оставляют в кровле.

Н е и н в е н т а р н а я к р е п ь состоит из деревянных или металлических рам, арок, анкерных болтов (штанг), несущих прямые деревянные или металлические верхняки. В качестве этой крепи могут быть использованы другие конструкции крепи, не приспособленные или неудобные для снятия, переноски и повторного применения. По мере возведения постоянной крепи неинвентарная крепь навсегда остается в выработке. Ее бетонируют за опалубкой или только частично разбирают с неизбежными повреждениями, которые исключают возможность повторного использования.

И н в е н т а р н а я п р е д о х р а н и т е л ь н а я в ы д в и ж - н а я к р е п ь (рис. 1) имеет широкое распространение в угольных шахтах. Обычно несущим элементом этой крепи являются двутавровые балки или стальные трубы, пропущенные через переносные скобы из стального прута круглого или квадратного поперечного сечения. Скобы набрасывают на верхняки постоянной крепи. Чтобы консольные концы балок были ближе к кровле, скобы, находящиеся дальше от забоя, делают несколько длиннее и между балкой и верхняком забивают клин. Можно применять скобы и одинаковой длины, тогда в скобы, находящиеся ближе к забою, забивают клинья не сверху балки, а снизу. На выдвинутые к забою балки укладывают деревянные или металлические верхняки с расклинкой в кровлю.

Инвентарная предохранительная выдвижная крепь (рис. 1) состоит из скоб 1 и 2, изготовленных из металлического прута

80

периодического профиля диаметром 25–30 мм. Скобы шарнирно связаны между собой планкой 3, несущей выдвижную балку 4, и плотно стягиваются через две планки 5 и 6 болтом 7 после навески устройства на нижнюю полку двутаврового верхняка.

Рис. 1. Конструкция инвентарной предохранительной выдвижной крепи

В р е м е н н а я п р е д о х р а н и т е л ь н а я ш т ы р е в а я к р е п ь (рис. 2) применяется для выработок трапециевидного поперечного сечения. Эта крепь состоит из круглого деревянного верхняка и двух металлических штырей. Один конец штыря заострен, другой – откован в виде кольца. Для установки штыревой крепи пробуривают две скважины (по одной скважине в верхней части с каждой стороны выработки). В скважины вводят по одному штырю, а в их кольца пропускают концы верхняка, поверх