Анкерная крепь. Расчеты

Под анкером понимается устройство, основной несущей деталью которого является, чаще всего, металлический стержень, который закрепляется в шпуре с помощью механического замка, неорганического вяжущего, бетона, синтетической смолы и имеет поддерживающий элемент в виде опорной плиты с гайкой или накладкой. По конструкции различают анкеры сталеполимерные, железобетонные, сталеорганические (с деревянными закладными элементами), металлические (замковые, винтовые, клиновые и др.) и пр.

Под анкерной крепью понимают систему закрепленных определенным образом в кровле, боках и почве выработок анкеров для упрочнения массива горных пород и повышения устойчивости обнажений, благодаря скреплению породных слоев или структурных блоков между собой.

В научной литературе и практике горного производства существует несколько принципов работы анкерной крепи.

Принцип 1: Подвешивание слабых пород непосредственной и ложной кровли к более крепким вышележащим породам. Применяется в условиях наличия в кровле слабых, сильно трещиноватых пород крепостью менее 30 кН и наличие вышележащих крепких пород. Длина анкеров определяется мощностью слабых пород.

Принцип 2: Сшивание многочисленных прослойков породы в кровле выработки и создание несущей конструкции «порода-крепь». Длина анкеров зависит от прочностных свойств пород кровли, наличия и крепости прослойков угля.

Принцип 3: Предотвращение высыпания (обрушения) незначительных по мощности и размерам сильнотрещиноватых пород в условиях пород высокой прочности, относящихся к породам 1 класса. Длина анкеров принимается в зависимости от возможной мощности пород склонных к вывалу (обрушению).

Принцип 4: Создание несущей породней плиты «порода-крепь», опирающуюся на боковые породы выработки. Расчет параметров анкерной крепи кровли выработки ведется с учетом призмы Цимбаревича, кроме этого рассчитываются анкера возводимые в верхние углы выработки.

Принцип 5: Применение разноуровневой крепи. Сочетание первого и второго принципа в случае, когда длина анкеров превышает технически возможные параметры.

К опорным элементам анкерной крепи относятся:

· металлические подхваты из спецпрофиля СВП;

· металлические подхваты из швеллера;

· подхваты из металлической полосы различной ширины;

· металлические подхваты из многожелобчатого профиля «штрипс»;

· подхват из круга стального;

· металлические шайбы из швеллера, спецпрофиля СВП и уголка;

· металлические шайбы из листового проката.

К средствам ограждения относятся:

· металлическая решетчатая затяжка;

· металлическая затяжка с ромбическими ячейками;

· стальная плетеная одинарная сетка;

· комбинированный подхват-затяжка;

· деревянная затяжка.

Технология анкерного крепления включает следующие виды работ: оборка кровли и боков выработки, установка подхвата на стойках временной крепи, возведение затяжек по кровле выработки, бурение шпуров через отверстия в подхвате или по специальным шаблонам, установка анкеров, извлечение стоек временной крепи.

При анкерной крепи форму выработок следует принимать, как правило, прямоугольной или трапециевидной с плоской кровлей, совпа­дающей с поверхностями напластования пород, а в пластовых выемочных выработках - с кровлей пласта.

Выбор и расчет параметров анкерной крепи для разработки паспортов крепления: несущая способность, длина анкеров, их податливость, расстояние между анкерами в ряду и между рядами, а при необходимости и дополнительные средст­ва её усиления). Выполнение расчетов параметров анкерной крепи и средств ее усиления должно производиться в соответствии с требованиями «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» (ВНИМИ, 2000г.) и других нормативных документов.

Исходными данными для расчета параметров анкерного крепления (сопротивление анкерной крепи, длины анкеров и их податливости, количества анкеров в ряду, шага крепления), а также дополнительных средств усиления, являются следующие:

· условия проведения, охраны и поддержания выработки;

· расчетная ширина (В, м), высота (h, м) выработки в проходке;

· расчетная глубина ведения горных работ;

· тип строения пород кровли;

· класс устойчивости пород непосредственной кровли;

· расчетная несущая способность анкеров, усиливающей и защитно-поддерживающей крепей (N, кН).

Основными факторами, определяющими выбор конструкций ан­керной крепи, состоящей из анкеров, опорных элементов и затяжки, явля­ются назначение, срок службы выработок, их форма и размеры, интенсив­ность горного давления, а также степень устойчивости пород в кровле и боках выработок и сопряжении.

При проектировании анкерной крепи количество анкеров в рядах в кровле следует принимать в зависимости от расчетной ширины выработок и сопряжении В, и их количество в рядах должно составлять, как правило, от 3 до 4 при В < 4 м, от 4 до 5 при 4 < В < 5 м, от 5 до 6 при 5 < В < 6 м, от 6 до 7 при 6 < В < 7 м и от 7 до 8 при 7 < В < 8 м.

Количество анкеров в боках в ряду следует принимать в зависимости от мощности разрушающихся пород m_p и должно составлять, как правило, 1 при m < 1,0 м, 2 при 1,0< m <2,0 м и 3 при т >2 м.

Анкеры в кровле целесообразно располагать с отклонением крайних анке­ров от нормали к напластованию на угол 15-20° и на расстоянии их от боков не более 0,3 м.

Анкеры в боках следует располагать за пределами наиболее слабых слоев угля и пород, с отклонением от напластования на угол 15-30° и на расстоянии от кровли не более 0,5 м.

Далее производится сравнение расчетного шага установки анкеров по условию интенсивности горного давления с требуемым по условию мини­мальной плотности установки анкеров П в зависимости от степени устойчи­вости пород в кровле и степени разрушения боков, которая составляет: 1 анк./ м² при неустойчивых; 0,7 анк./м² при средней устойчивости; 0,5 анк./м² при устойчивой непосредственной кровле и 0,4 анк./м² для разрушающих­ся пород в боках. По условию устойчивости пород, шаг установки анкеров соответственно в кровле и боках определяется по формулам:

Ск = n_K /ПВ;

Сб = n_б /ПВ.

Проектный шаг установки анкерной крепи в кровле и боках при проходке принимают по наименьшим значениям

По принятому проектному шагу установки анкерной крепи в кровле, в паспортах с ее усилением дополнительной анкерной крепью или стойками усиления производится расчет требуемого количества в рядах усиливающих анкеров или стоек по формулам:

n_уа = C_к *В *Pау / Na;

n_уc = C_к *В* Pcу / Nc;

где Pау и Pcу принимают в соответствии срасчетными для различных вы­работок, a Na и Nc - по расчетам.

Полученное расчетом проектное количество усиливающих анкеров и стоек округляют в большую сторону до 0,5, например, при расчетном n_уа = 2,3 принимают n_уа = 2,5 с установкой в одном ряду двух анкеров, а в смежном - трех.