УДК 622.281(574.32)

Исследование параметров применения анкерной крепи

Демин Владимир Федорович – доктор технических наук, профессор Карагандинского государственного технического университета.

Стефлюк Юрий Михайлович – кандидат технических наук, старший преподаватель Карагандинского государственного технического университета.

Мусин Равиль Альтавович – магистр Карагандинского государственного технического университета.

Халикова Эльвира Равиловна – магистр Карагандинского государственного технического университета.

Аннотация: В данной статье рассмотрено применение анкерной крепи в подземных горных выработках. Особое внимание авторы уделили преимуществам данного крепления. Рассмотрена технология поддержания выработок для повторного использования, показана схема крепления выработки различными системами анкерной крепи.

Ключевые слова: Анкерная крепь, крепление, горные породы, трещиноватость.

Для начала необходимо проанализировать модель горно-подготовительных работ. На рисунке 1 показана данная модель с учетом комплекса влияющих факторов.

Рисунок 1. Модель горно-подготовительных работ с учетом комплекса влияющих факторов.

Изучение мирового опыта по применению анкерного крепления показывает, что Соединенные Штаты в 95% случаев крепления подземных горных выработок применяют анкера, Австралия 90%, в России примерно 80%. Металл имеет высокую стоимость и снижение количества металлы, в нашем случае переход на анкерную крепь, приводит к снижению затрат в 5-7 раз. Высокая механизация, простота в установке, так же имеет важное значение – увеличение скорости проходки горных выработок, что так же способствует поднятию экономики. Учитывая все положительные факторы не удивительно, что с каждым годом, объёмы применения анкерного крепления растут. Наука не стоит на месте, и на данном этапе сталеполимерные анкера имеют большую популярность. Они имеют очень высокую скорость установки, не превышающую 2 минут.

Важными моментами определяющими возможность применения анкерной крепи в подготовительных горных выработках, являются: усилие закрепления анкерных стержней в шпурах; области деформации, трещиноватости горных пород вокруг контуров горной выработки; смещения пород кровли и боков горной выработки за весь срок службы выработки, а так же величина смещения. В основном на данной информации базируется определение воз¬можности применения данного видакрепления каждой конкретной выра¬ботке и расчет ее параметров - прочность закрепления, длина и плотность установки анкеров.

На рисунке 2 показана схема крепления выработки различными системами анкерной крепи с наиболее часто встречающими размерами прямоугольного поперечного сечения [1-2].

Рисунок 2. Схема крепления выработки различными системами анкерной крепи.

При разработке паспортов крепления подземных горных выработок, необходимо обращать внимание и на элементы залегания пласта относительно проводимой горной выработки: угол падения, крепость пород в непосредственной кровле, возможность построения эпюры зон формирования трещиноватости и расслоения, свода естественного обрушения и параметров массива боковых стенок подверженные сползанию.

Соблюдая расстояние между анкерами и рядами, при полном заполнении шпура связующим составом ампул происходит качественное закрепление с получением зон – свода укрепления горного массива при применении анкерной крепи - рисунок 3.

Рисунок 3. Получение зон - свода укрепления горного массива при применении анкерной крепи.

Поджатие опорных планок к кровле массива позволяет снизить размеры формируемых между анкерами треугольников, а укладываемая затяжка способствует недопущению просыпаний. Применение штрипсов в сложных горно-геологических условиях (зоны ПГД, геологические нарушения) в значительной степени повышают уровень качества крепления.

Анкера за пределами свода естественного равновесия должны быть более длинными исходя из возможности их расположения вне зоны формирования трещиноватости на расстоянии не менее 0,5 м для формирования усилия закрепления анкера на величину не менее разрывного усилия анкерного стержня – рисунок 4. Согласно британского стандарта на 0,3 м закрепления должно быть создано усилие закрепления не менее 13 т, а на 0,5 м оно будет составлять в пределах 22-24 т [3-4].

а – пример правильного расположения анкеров (1-6); б - пример неправильного расположения анкеров (боковые анкера установлены по плоскости скольжения)

Рисунок 4. Формирование свода обрушения.

В выработках примыкающих к линии очистного забоя должны устанавливаться стеклопластиковые анкера, которые по техническим характеристикам не уступают металлическим и имеют преимущества, связанные на обеспечением безопасности труда и снижения аварийности. Крепление анкерами боков выработки позволяет также значительно снизить поддутие почвы, уменьшить газовыделение в проводимых выработках.

Неполное заполнение пространства шпура связующими составом полимерных ампул при длине анкера в 2,4 м для крепления горных выработок с крепостью пород 20 МПа является недостаточным. Необходимо производить полное полное заполнение шпура связующим составом. При этом, усилие натяжения анкера производится за счет применения полимерных ампул с разным временем схватывания. а наличие срезного калиброванного штифта на гайке способствует натяжению анкера при остановке его вращения за счет применения ускоренной ампулы. Смесь замедленных ампул затвердевает уже при натянутом анкере за счет распора планки. В подготовительных забоях целесообразно применение ампул с разным временем схватывания, что будет способствовать повышению качества крепления горных выработок.

При поддержании выработок, пройденных с анкерной крепью, для повторного использования необходимо впереди лавы на расстоянии 100-150 м в сторону выработанного пространства производить установку более длинных анкеров (металлических, составных и канатных) – рисунок 5.

 

Рисунок 5. Технология поддержания выработок для повторного использования, в т.ч. на границе с выработанным пространством, пройденных с анкерной крепью.

Главной особенностью анкерной крепи является широкий диапазон ее применения, а именно горное выработки практически всех горнотехнических условиях на весь срок службы, в том числе в зонах горно-геологических нарушениях. Данный подход позволит разработать и усовершенствовать существующие на сегодняшний день технологии эффективного и безопасного крепления массива горных пород вокруг контуров горной выработки. Данная технология справедлива как на пологих так и наклонных угольных пластах.

Список литературы