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»
- 3.5.3. Вскрытие вертикальными стволами и капитальным квершлагом
- 3.6.2. Вскрытие вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами с углубкой стволов
- 3.6.1. Вскрытие вертикальными стволами и капитальными квершлагами на двух горизонтах
- Вскрытие шахтных полей стволами и этажными квершлагами
- Вскрытие шахтных полей стволами и капитальными квершлагами
- Вскрытие свиты угольных пластов вертикальными стволами и капитальными квершлагами
- 6.2. Вскрытие пологих пластов вертикальными стволами и квершлагами
- Р озкриття шахтного поля вертикальними стволами і капітальним квершлагом
- Вскрытие свиты угольных пластов вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами