Горно-геологические и горнотехнические условия и область применения анкерной крепи

Анкерная крепь представляет собой систему закрепляемых в скважинах анкеров, расположенных определенным образом по периметру выработки в окружающих ее породах и предназнеченных вместе с подерживающими элементами для упрочнения массива пород и повышения устойчивости его обнажений благодаря скреплению различных по прочности слоев или структурных блоков [2]. Анкерная крепь обес­печивает возможность использования несущей способности пород­ного массива, снижения материалоемкости и стоимости применяе­мых в сочетании с ней крепей, а в отдельных случаях исключает надобность в дополнительном креплении [7].

К параметрам анкерной кре­пи относятся ее несущая способность, длина стержня, плот­ность установки анкеров, т.е. рас­стояние между рядами анкеров и между анкерами в ряду. Анкерная крепь применяется как самостоятельная и в сочетании с дру­гими видами крепи: набрызг-бетонной (с возможным усилением металличе­скими элементами или сеткой), моно­литной бетонной (железобетонной), металлобетонной, тюбинговой, блоч­ной и обеспечивает устойчивое со­стояние выработок. Анкеры самостоя­тельно или с металлической сеткой мо­гут применяться также в качестве вре­менной ограждающей крепи [24].

Передача усилия от анкера на породную поверхность осу­ществляется с помощью специальных опорных плит. Плоскость опорной плиты должна быть перпендикулярна к оси анкера.

При наличии слабых, трещиноватых пород анкеры устанав­ливают с подхватами и затяжкой. Подхваты, как правило, при­меняют металлические, а при сроке службы горной выработки до двух лет могут быть деревянными. В качестве затяжки с ан­керами используют металлическую сетку, стекловолокно, дерево и другой материал. Металлическую сетку целесообразно при­менять в сочетании с набрызгбетонным покрытием.

Применение анкерной крепи в самостоятельном виде в сла­бых глинистых, сыпучих и плывучих породах, а также в зонах геологических нарушений, сильно перемятых или обводненных пород не допускается.

Учитывая постоянное ухудшение горно-геологических условий, особое значение приобретает повышение эффективности техники и технологии крепления и, в частности, анкерного крепления [25].

Наиболее перспективными являются конструкции, обеспечивающие совместную работу крепи и массива, например, тампонирование и анкерование приконтурных пород.

Анкерная крепь предназначается для крепления горных выработок различной формы поперечного сечения, любого назначения и срока службы. При этом каждая ее конструкция должна применяться с учетом конкретных горно-геологических и горнотехнических условий [2].

Физическая суть работы комбиниро­ванных анкеров состоит в том, что при таком анкерном креплении породы под­вергаются искусственному упрочнению. Эти анкеры сразу же после установки несут нагрузку, равную предварительно­му натяжению, что обеспечивает целос­тность окружающих пород и не допуска­ет образования расслоения, а если оно образуется, то незначительно [21].

Анкерная крепь при правильном применении позволяет с минимальными затра­тами материалов и труда обеспечить поддержание выработок в исправном состоянии в разнообразных условиях: при слоис­тых и неслоистых трещиноватых породах, вне зоны и в зоне влияния очистных работ, в выработках различных форм попе­речного сечения, в качестве постоянной или временной крепи, са­мостоятельно или в сочетании с другими видами крепи.

В зависимости от степени устойчивости элементов горной вы­работки крепь может устанавливаться только в кровле, кровле и подошве, кровле и боках или во всех элементах. Условия и характер ра­боты крепи могут быть представлены двумя основными схемами: 1-я — анкера прикрепляют породы зоны возможного обрушения к устойчивой зоне массива, 2-я— анкера уп­рочняют приконтурную часть массива пород путем скрепления сегментов, которые распираются головкой анкера при ее на­тяжении [5].

Анкерную крепь не рекомендуется применять в зонах геологических нарушений, сильно перемятых пород и карстовых размывов, в слабых глинистых, в сыпучих и плывучих породах, обладающих способностью к большим пластическим деформациям [2]. Анкерную крепь применяют также в наклонных стволах, бремс­бергах, уклонах и других наклонных выработках. При углах на­клона более 15° бока и кровлю, а при углах более 30° и подо­шву необходимо затягивать ме­таллической сеткой [7].

В тех случаях, когда имеется вероятность выдавливания почвы вы­работки, рекомендуется в ней также устанавливать анкера по комбиниро­ванной или наклонной схемам. Наклонное и комбинирован­ное расположение анкеров в массиве будет особенно эф­фективно в удароопасном массиве [23].

Анкерную крепь для крепления горных выработок можно применять в следующем назначении.

1.В качестве самостоятельной (постоянной). Постоянная крепь предназначается для поддержания выработок в течение всего срока их службы. В этом случае выработки крепят независимо от мощности и угла залегания пласта, устойчивости кровли и ее обводненности.

2.В сочетании с рамными крепями и с дополнительными стойками (главным образом посередине выработки) анкерную крепь рекомендуется применять, если ожиаемые смещения контура выработки превышают безопасную величину. Эту крепь можно применять в сочетании со сплошными крепями (монолитная бетонная, набрызг-бетоная и тюбинговая).

Анкерная крепь в сочетании с рамными крепями применяется в случаях, когда горно-геологические условия не позволяют применять ее самостоятельно.

Для повышения устойчивости, надежности и снижения стоимости поддержания горных выработок, а также с целью повышения безопасности работ рамная крепь может быть усилена анкерной крепью.

3.В качестве временной анкерную крепь можно применять при проведении подготовительных выработок, крепление которых производится рамной или сплошной крепью с отставанием от забоя.

Назначением временной предохранительной крепи является поддержание призабойной части подготовительной выработки в безопасном состоянии до установки постоянной крепи. Установленная анкерная крепь как временная в дальнейшем работает в качестве постоянной в сочетании с рамной и другими крепями.

Временная анкерная крепь по характеру работы может подразделяться на поддерживающую и ограждающую. Поддерживающая временная анкерная крепь предназначена для предотвращения обрушения пород до возведения постоянной крепи. Ограждающая временная анкерная крепь (анкера с предохранительным покрытием) служит для защиты людей и механизмов от ударов обрушающихся кусков породы.

4.В качестве меры для предотвращения пучения пород почвы в подготовитеьных выработках. Крепление пучащих почв выработок не предотвращает полностью этот процесс, но значительно его замедляет, что увеличивает сроки поддирки пород почвы в этих выработках и удешевляет стоимость их поддержания.

5.Для вспомогательных целей – для укрепления шахтного оборудования (маневровых и скреперных лебедок, приводных и натяжных головок конвейеров), для подвески в кровле выработок ленточных конвейеров, кабелей, трубопроводов, монорельсовых и канатных дорог, для ремонта выработок с нарушенной крепью и усиления последней.

Специфические особенности анкерной крепи позволяют применять ее в широком диапазоне горнотехнических условий для крепления выработок различного назначения [2].

Применение анкерной крепи на шахтах стран с развитой угледобывающей промышленностью позволило в 5–10 раз сократить расход металлопроката, бетона, леса; в 3–5 раз повысить производительность работ при креплении выработок; в 2–3 раза повысить темпы проходки; в два раза уменьшить расходы на крепление и поддержание крепи в рабочем состоянии во время эксплуатации.