5. Выбор конструкции и расчет крепи

Под анкером понимают устройство, основной несущей деталью которого является металлический стержень (штанга), который закрепляется в шпуре с помощью замка, бетона, синтетической смолы, взрыва, имеет поддерживающий элемент в виде опорной плиты с гайкой или накладкой. По конструкции различают анкеры металлические (замковые, клиновые, винтовые и др.), железобетонные, сталеполимерные и другие.

Анкерная крепь это система закрепленных определенным образом в кровле и боках выработки анкеров для упрочнения массива горных пород и повышения устойчивости обнажений благодаря скреплению слоев и структурных блоков. При натяжении анкеров с помощью гаек слои пород или структурные блоки массива прижимаются друг к другу и образуют устойчивую монолитную плиту.

В настоящее время анкерная крепь является одним из прогрессивных и экономичных видов крепи. Она обеспечивает повышение безопасности работ, улучшает проветривание выработок и снижает затраты на их крепление и поддержание в период эксплуатации, позволяет легко механизировать процесс ее возведения. Наибольшее распространение получил железобетонный анкер.

Железобетонный анкер состоит из стержня 1(1, рис.14.5, стр.251) круглого или периодического профиля, который закрепляется в шпуре цементно-песчаным раствором 2 с добавлением ускорителя твердения (хлористого кальция), нагнетаемым в шпур с помощью пневмонагнетателя ПН-1. Опорная плита 3 и гайка 4 служат для натяжения анкера.

Надежность их зависит главным образом от качества цементно-песчаной смеси. Для приготовления раствора применяют быстросхватывающиеся цементы типа БТЦ М400 - М600 или обычный портландцемент таких же марок. Наполнителем служит песок размером частиц до 5 мм. Состав смеси Ц : П = 1 : 1 и 1 : 2. При наличии у анкера резьбы затягивание гаек с установкой опорных плит производят по истечении трех суток.

Комплект оборудования ПН -1 состоит из трех контейнеров для транспортирования сухой смеси и пневмонагнетателя, который служит для смешивания смеси, получения готового раствора и под давлением сжатого воздуха (до 0,5 МПа) подачи его в шпур.

-расчетная несущая способность стержня анкера Рс из условий его прочности на разрыв

Рс = рrІRрm, где

, Н

r - радиус стержня (рекомендуем. диаметр не менее 16 мм), r = 0,008 м,

Rр - расчетное сопротивление материала стержня растяжению по СНиП-21-75 (Rр = 270 МПа - для стали периодического профиля класса А-II),

m - коэффициент условий работы стержня штанги, который в шахтных условиях можно принять равным 0,9 - 1.

-расчетная несущая способность замка из условия сдвига бетона относительно стенок шпура равна

Рз = р dш?з m1, где

dш - диаметр шпура, м, ( dш = 0,036 м)

?з - длина заделки стержня, м, (?з = 1,0 м)

- удельное сцепление бетона с породой, Па, =1 МПа,

m1 - коэффициент условий работы замка, равный при сухом шпуре 0,9, при влажном шпуре 0,75 и при капеже из шпура 0,6, (m1 = 0,9)

, Н

-дальнейший расчет веду по наименьшей несущей способности:

-плотность расстановки анкеров в кровле выработки,

, где

qн - нормативное давление на крепь со стороны кровли, определяемое по формуле, qн = 16,9 кПа,

nп = 1,2 - коэффициент перегрузки,

Ра - расчетная несущая способность анкера (наименьшая из значений Рс и Рз) ,

тогда , ,

-расстояние между анкерами в кровле при их расположении по квадратной сетке

, м,

Принимаю установку анкеров в кровле по сетке 1,30 х 1,30

-длина анкера в кровле:

, где

- расстояние до трещины отрыва, (высота свода возможного обрушения) = , м,

lзг = 0,3 - 0,4 м - заглубление анкера в менее трещиноватую зону пород,

lп = 0,05 - 0,02 м - длина выступающей части анкера, зависящая от его конструкции и толщины опорно-поддерживающих элементов.

, м.

Учитывая что мы применили набрызгбетон по кровле и бокам произведем расчет комбинированной крепи (анкерная + набрызгбетон).

-рассчитаю интенсивность нагрузки на набрызгбетонную крепь при наличии анкеров: , кПа (1, стр. 254)

-толщину набрызгбетонной крепи определяю по формуле: (1, стр. 247)

, где

mб - коэффициент условий работы, равный 0,85 для неармированного набрызгбетона и 1,0 - для армированного,

ур - расчетное сопротивление набрызгбетона растяжению для проектных марок 300, 400, 500 соответственно 1,2; 1,4; 1,6 МПа при наличии армирования и 1,0; 1,2; 1,35 МПа при отсутствии армирования.

, мм

, мм

Принимается толщина набрызгбетонного покрытия по кровле и бокам 40 мм.

Для производства работ по монтажу анкерной крепи применяют:

- комплект оборудования ПН -1 для заполнения шпуров раствором. Он состоит из трех контейнеров для транспортирования сухой смеси и пневмонагнетателя. Смесь загружают в бак пневмонагнетателя, где она перемешивается винтовыми лопастями и по резиновому шлангу подводится к трубе длиной 1 м, которая вводится в шпур. Железобетонные анкеры, установленные с помощью комплекса ПН - 1, приобретают несущую способность до 50 кН через 3,5 часа после их возведения. Бурение шпуров осуществляется тем же оборудованием что и под взрывные работы.

Для устройства набрызгбетонного покрытия применяю бетономашины БМ-60, БМ-68, которые загружают бетонной смесью вручную или с помощью загрузочных устройств. В настоящее время предпочтение отдается машинам импортного производства марок «АЛИВА»