30 декабря 2017г.
Податливый анкер (рисунок 1) включает химические ампулы со скрепляющим составом (полимерными смолами) 1, устанавливаемые в пробуренный шпур 2, в который вставляется металлический стержень (анкер) 3, закрепление которого производится с помощью полимерных смол. Для предотвращения вывала вмещающих пород на анкер устанавливается подхват 4, натяжение анкера производится при помощи гайки
1. С целью обеспечения податливости анкера, между подхватом 4 и гайкой 5 устанавливают конусообразную втулку 6. По мере увеличения нагрузки на анкер конусообразная втулка деформируется, чем обеспечивается необходимая податливость крепи.
Применение предлагаемой конструкции податливого анкера позволяет повысить его несущую способность в 1,2-1,3 раза, обеспечивая податливость конструкции, что позволит обеспечивать работоспособность анкерной крепи в зонах значительных деформаций горных пород.
Выполнение насадки конусной формы позволяет в момент установки анкерной крепи обеспечить натяжение не только навинченной гайкой, но и дополнительный предварительный распор, в т.ч. с плоской.
Наиболее важными технологическими параметрами конусной проставки анкерной крепи являются угол ее образующей конусности, который определяется величиной заглубления в устье шпура (З, м ) в оконтуривающие анкерируемые вмещающие породы и их прочностью на сжатие ( s сж , кН/м); выдерживающим усилием анкера (Ву, кН); коэффициентом трещиноватости пород и ее ориентированностью (Ктр); расстоянием между анкерами (r, м); устойчивостью и управляемостью боковых пород (Ху); действующим горным давлением ( gН , кН/м2); горнотехническими факторами: расположением выработки относительно фронта очистных работ, нарушенностью залегания, способом охраны выработки, технологией крепления, характеризующихся коэффициентом интенсивности деформации вмещающих пород (Кинт).
С целью прогнозирования характера работы анкерной крепи с конусной проставкой введено понятие эксплуатационного коэффициента, который является эмпирической безразмерной величиной, полученной в результате соотношения основных факторов, определяющих степень повышения несущей способности анкерной крепи
где h - коэффициент соотношения толщины непосредственной кровли и мощности пласта;
в – опорная площадка, м;
h – длина насадки;
П – податливость при эксплуатации, м;
Вз – величина заделки, м.
Для оценки несущей способности анкеров различных конструкций (рисунок 2) с учетом характера поведения вмещающих пород и проявления технологических факторов произведены расчеты.
Расчетные характеристики по оценке несущей способности анкеров через эксплуатационный коэффициент показывают, что применяемые на практике неактивные анкера обладают незначительной податливостью, определяемой силами сцепления с вмещающими породами и при значительных нагрузках могут отрываться крепежные гайки, выпадать анкера из шпуров, что требует уменьшения расстояния между анкерами, увеличения величины заделки анкера.
В сопоставимых горнотехнических условиях расчетах эксплуатационного коэффициента
обуславливается эффективность применения активной конструкции анкерной крепи, что подчеркивается
возникающей эпюрой нагрузок
вокруг шпура и
НДС в окружающем массиве (см. рисунок
2).
Податливая активная крепь работает как предохранительный клапан механизированной крепи, т.е. при
критических нагрузках срабатывает – частично сминается податливый элемент и позволяет крепи
выполнять свои
функции
без разрушения.
Предложен новый принцип управления устойчивостью выработки, основанный на управляемой с помощью податливой анкерной крепи саморазгрузке и самостабилизации вмещающих пород. При
эксплуатации анкера конусная проставка обеспечивает податливость анкера, что позволяет применять эту крепь в сложных горно-геологических условиях, в том числе с трудно- управляемой кровлей, например характерных для условий залегания пластов шахты «Саранская» Карагандинского угольного бассейна.
Проведенный эксперимент по увеличению податливости анкера на конвейерном штреке 71к10-в на
протяжении пяти метров на каждый анкер согласно проекта на ремонтно-восстановительные работы на главном откаточном квершлаге 4-го горизонта, были установлены металлические трубки (диаметром 0,03 м,
с толщиной стенки 0,0015 м и высотой 0,05-0,07 м) между подхватом анкера и шайбой. Выработка
закреплена анкерами длиной 2,4м диаметром 0,022 м с четырьмя ампулами КАКС-П. При
проверке через 6 суток было установлено, что произошла деформация (сжатие) трубок на 3-5мм. При проверке через 12
суток деформация трубок увеличилась со сжатием их до толщины шайбы. Кровля, анкерированная
комбинированной податливой анкерно-рамной крепью, работает в трех циклах эксплуатации: жестком
режиме, режиме податливости с расслоением и сдвижением породных напластований и режиме длительной
устойчивости с постоянной несущей способностью, обусловленной подпором анкерной и рамной крепей и
самозаклинивания породных блоков.
Смещения при податливой анкерно-рамной крепи достигли со стороны кровли 0,3 м, а боков - 0,05-0,1
м, величина
срабатывания узла
податливости не превышала 0,07-0,1 м. Зона трещинообразования
распространялась на глубину: в боках 0,5-0,9 м, в кровле 2,4-3,0 м. Эти значения меньше, чем при
применении
МРК
в 1,5 раза.
Применение комбинированной крепи позволило
уменьшить смещения породного контура в полость
выработки в 2,5,
а нагрузку на крепь - в 1,5 раза.
Применение податливой
анкерно-рамной крепи глубокого заложения
позволит эффективно эксплуатировать ее, в том числе в зоне влияния очистных работ с безремонтным ее поддержанием.
Несущая способность узла податливости изменяется в пределах 40 - 60 кН, а сама податливая анкерно- рамная крепь способна воспринимать нагрузку с 290 до 350 кН при переходе с податливого на жесткий режим эксплуатации. Применение рамно-анкерной крепи в условиях значительных расслоений, смещений пород и динамических проявлений опорного давления позволит снизить нагрузку за счет их совместной работы с приконтурным породным массивом.
Таким образом, для более полного использования несущей способности комбинированной крепи и
повышение устойчивости выработки в зоне опорного давления целесообразно применение ограниченно
податливой с переводом в жесткий режим эксплуатации анкерной крепи. Анкера связывают отдельные малосвязанные слои пород
в единую
грузонесущую конструкцию
составной плиты, тем самым увеличивают сцепление и трение между слоями. За счет натяжения анкеров между слоями пород возникают дополнительные силы трения. При этом устойчивость составной плиты, стянутой поперек слоев анкерами,
приближается к устойчивости монолитной
толщи пород.
Список
литературы
1. Вареха Ж.П., Саранчуков А.В., Демин В.В. и др. Методический подход к решению проблем создания прогрессивной технологии крепления горных выработок // Труды международной научно–практической конференции «Актуальные проблемы горно–металлургического комплекса Казахстана. – Караганда: 2007. -
С. 102 – 105.
