Лекция по МДК.01.01. ОГД на тему: "Анкерная крепь"

Ход занятия

Занятие № 32

Тема: Анкерная крепь.

План лекции

Анкерная крепь. Основные понятия.

Конструкции анкерной крепи.

Достоинства и недостатки крепи, область применения.

1.Анкерная крепь — горная крепь, основной элемент которой металлический, железобетонный, полимерный или деревянный стержень (анкер), закреплённый в шпуре (скважине). 

Предназначена для упрочнения массива горных пород и повышения устойчивости его обнажений путём скрепления различных по прочности породных слоев. Первые сведения о применении анкеров для крепления горных выработок относятся к 1900, когда на угольной шахте в Верхней Силезии были использованы деревянные клинощелевые анкеры. Промышленное использование анкерной крепи началось после 2-й мировой войны 1939-45.

При подземной разработке месторождений полезных ископаемых анкерной крепи применяют для крепления капитальных, подготовительных и очистных горных выработок (независимо от формы, поперечного сечения и срока службы) самостоятельно или в сочетании с рамными крепями; используют также как средство борьбы с пучением пород почвы, укрепления угольного или породного массива, который впоследствии должен разрушаться комбайном (полимерная и деревянная анкерная крепи), для предотвращения отжима угля в очистных забоях, подвески труб различного назначения и закрепления горно-шахтного оборудования.

2. Различают анкерные крепи с закреплением анкеров в донной части шпура, скважины (точечное закрепление) с помощью различных механических замков и по всей длине или значительной её части (сплошное закрепление) химическими составами на основе синтетических смол, цементными (песчано-цементными) растворами, с помощью энергии взрыва. Распространение получила анкерная крепь с точечным закреплением анкеров (типа ШК, AK-8, АД-1, AP-2, ЭС-2), которую целесообразно применять в породах с прочностью на одноосное сжатие не ниже 29 МПа. Она состоит из металлического анкера 1 (рис. 1) длиной 0,8-2,5 метров и диаметром 20 мм, имеющего на одном конце (в замковой части) клиновидную головку , на другом — резьбу, двух полумуфт, опорной плиты 3 и натяжной гайки 4.

Рисунок 1 – Металлический замковый анкер с закреплением в донной части шпура (точечное закрепление) : 1 - анкер; 2 - полумуфта; 3 - опорная плита; 4 - натяжная гайка.

Анкерные крепи со сплошным закреплением анкеров(по всей его длине) целесообразно применять в слабых неустойчивых горных породах; не исключается применение и в более крепких породах. При закреплении анкеров химическим составом (рис. 2, а) в скважину вводится необходимое количество ампул 2 с химическим закрепителем (смола и отвердитель), а затем стержень 1, вращаемый с помощью сверла или перфоратора(рис. 2, б) и подаваемый ко дну скважины. Оболочка ампул разрывается, их содержимое перемешивается(рис. 2, в). После затвердения химического состава и закрепления анкера устанавливают опорную плиту 4, создают предварительное натяжение гайкой 5. При закреплении анкеров (железобетонных) цементными (песчано-цементными) растворами последние подаются в скважину в ампулах или специальным насосом.

Рисунок 2 - Cхема закрепления анкера в скважине c помощью химического состава: a - введение стержня в скважину; б - перемешивание состава в скважине; в - закреплённый анкер c опорной плитой; 1 - стержень; 2 - ампулы c химическим закрепителем; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - опорная плита; 5 - натяжная гайка.

Применение анкерной крепи возможно как в крепких скальных породах, так и в нарушенных полускальных при достаточно ровном контуре выработки. Анкерные крепи можно использовать в сочетании с другими видами крепи: полигональной, арочной или из набрызг-бетона. В анкерной крепи используют металлические анкеры с замковыми устройствами (клинощелевые и распорные), железобетонные (набивные, нагнетаемые, "перфо") и полимербетонные, закреплённые по всей глубине шпура (рис. 3, а, б, в).

В выработках большого поперечного сечения устанавливают предварительно напрягаемые железобетонные анкеры (рис. 3, г), которые вступают во взаимодействие с массивом породы до проявления в ней деформаций. Железобетонные и полимербетонные анкеры могут входить в состав постоянной крепи подземных выработок. Анкеры располагают преимущественно в сводовой части выработки: в радиальном направлении в однородных трещиноватых породах, вкрест простиранию пластов и трещин в слоистых породах; шаг установки вдоль и поперёк выработки одинаков. Во избежание местных вывалов породы между анкерами по контуру выработки подвешивают стальную сетку с ячейками 0,05х0,05, 0,1х0,1 м, а иногда устанавливают металлические подхваты. Длина ненапрягаемых анкеров 1,5-4 м, напрягаемых — 5-15 м. Несущая способность ненапрягаемых анкеров металлических 59-78 кН, железобетонных 98-118 кН, напрягаемых 294-980 кН и более.

Pисунок 3 Cхема установки в скважине распорного (a), набивного (б), полимербетонного (в) и напрягаемого (г) анкеров: 1 - проволочное кольцо; 2 - распорная муфта; 3 - клин; 4 - стержень; 5 - опорная плита; 6 - гайка; 7 - цементный раствор; 8 - ампула co смолой, песком и отвердителем; 9 - уплотнительное кольцо; 10 - пучок высокопрочной проволоки; 11 - трубка для вторичного нагнетания раствора; 12, 13 - трубки для выхода раствора и воздуха; 14 - трубка для первичного нагнетания раствора.

Для крепления кровли подземной горной выработки рекомендовано применение анкерных штанг длиной 2.4м, в зонах горногеологических нарушений длиной 2.9м, боков – неметаллических анкеров длиной 1.5м.

Плотность размещения анкеров в породах – не меньше 1- 1,33 анкера/м2 .

Расстояние между анкерами в ряду должно быть постоянным по всей длине выработки. После установки и закрепления штанги длина хвостовика, выступающего в выработку, должна быть от 3 до 10см. Время установки анкера в породах – 6-10 минут.

3. Основные достоинства анкерной крепи (по сравнению с арочной крепью):

Применение анкерной крепи позволяет в 2 - 2,5 раза снизить трудоёмкость работ по креплению и доставке крепежных материалов; значительно снижается расход крепёжных материалов, снижение себестоимости 1 погонного метра выработок в 3-5 раз в сравнении с металлокрепью.

Область применения: крепь анкерная применяется для крепления горизонтальных и наклонных (до 350) подготовительных выработок со сроком службы 2-3 года. Это является ее недостатком – незначительный срок службы. Кроме того, при ремонте выработок необходимо переходить на рамную крепь.

Просмотреть видеофильмы:

1. Установка анкеров. Кафедра РМПИ ДонНТУ, англ. с субтитрами - 2 мин

https://www.youtube.com/watch?v=vMTD36xOibY

2. Технология крепления горных выработок фрикционными анкерами Магнитогорский ГТУ -18мин

https://www.youtube.com/watch?v=7W928GG9SxE

3. Анкер клиновий AN 217 – 2 мин

https://www.youtube.com/watch?v=sJyqGdnMvz0