Анкерне (штангове) кріплення - Студопедія

В даний час при розробці родовищ корисних копалин та шахтному будівництві найбільшого поширення набули полегшені кріплення (анкерне та набризка бетонне). Анкерне кріплення являє собою систему анкерів, що закріплюються в свердловинах, розташованих певним чином по периметру вироблення в навколишніх її породах і призначених разом з підтримуючими елементами для зміцнення масиву порід і підвищення стійкості його оголень завдяки скріпленню різних за міцністю шарів або структурних блоків.

Анкерне кріплення призначається для кріплення гірничих виробок різної форми поперечного перерізу, будь-якого призначення та терміну служби, а також у широкому діапазоні гірничо-геологічних та гірничотехнічних умов. У самостійному вигляді анкерне кріплення застосовується для підтримки підземних споруд, що розміщуються в слабообводнених, досить монолітних породах, поза зоною геологічних порушень при зміщенні порід покрівлі не більше 100 мм. Проектування та розрахунок анкерного кріплення полягають у визначенні параметрів кріплення, а саме у встановленні необхідної довжини штанг та відстаней між ними, а також у визначенні несучої здатності анкерних стрижнів. При цьому кожна її конструкція має застосовуватись з урахуванням конкретних гірничо-геологічних та гірничотехнічних умов. Анкерне кріплення не рекомендується застосовувати в зонах геологічних порушень, сильно перем'ятих, окислених, слабких глинистих і сипучих породах, що мають здатність до великих пластичних деформацій.

Специфічні особливості анкерного кріплення дозволяють застосовувати її в широкому діапазоні для кріплення гірничих виробок різного призначення.

Анкерне кріплення застосовується в наступних випадках.

1. Як самостійна(постійною), що призначається для підтримки виробок протягом усього терміну їхньої служби.

2. У поєднанні з іншими видами кріплень, наприклад набризбетоном (комбінована кріплення), якщо очікувані зміщення контуру вироблення перевищують безпечну величину та в умовах дії динамічних навантажень.

3. Як тимчасове анкерне кріплення можна застосовувати при проведенні підготовчих виробок, кріплення яких проводиться рамним або суцільним кріпленням з відставанням від вибою. Призначенням тимчасового запобіжного кріплення є підтримка привибійної частини вироблення в безпечному стані до встановлення постійного кріплення. Тимчасове анкерне кріплення за характером роботи може підрозділятися на підтримуючу та огороджувальну. Підтримуюче тимчасове анкерне кріплення призначене для запобігання обвалу порід до зведення постійного кріплення. Огороджувальне анкерне кріплення (анкера з запобіжним перекриттям.) служить для захисту людей і механізмів від ударів шматків породи, що обрушуються. Встановлене анкерне кріплення як тимчасове надалі може працювати як постійне як самостійно, так і в комбінації з іншими кріпленнями.

4. В якості заходу для запобігання пученню порід ґрунту в підготовчих виробках. Кріплення ґрунтів виробіток не запобігає повністю цей процес, але значно його уповільнює, що збільшує терміни піддирки порід грунту в цих виробках і здешевлює вартість їх підтримки.

5. Для допоміжних цілей – для зміцнення шахтного обладнання (маневрових та скреперних лебідок, приводних та натяжних головок конвеєрів), для підвіски до покрівлі виробок стрічкових конвеєрів, кабелів, трубопроводів, монорейкових та канатних доріг, для ремонту виробок з порушеним кріпленням та посилення.

Металеві, залізобетонні, дерев'яні та штанги, що застосовуються в даний час, за своїм конструктивним виконанням можна розділити на 3 групи:

1. Замкові – закріплювані біля вибою шпуру спеціальним замком різного виду та конструкції (рис.7, а-м)

2. Беззамкові - мають контакт із породою по всій довжині шпуру - інтервальний (рис.8, а) або суцільний (рис 8, б-е).

3. Змішані - замкові або інтервальні беззамкові штанги, що закріплюються в шпурі звичайним способом і додатково розчином, що твердіє, по всій довжині або тільки в замковій частині.

За конструктивним виконанням і відповідно до наведених схем анкерне кріплення поділяється на такі класи:

штанги з клино - щілинним замком (рис. 7, а, б) застосовується в породах середньої фортеці, здатність замку, що несе, 3-4 тс;
штанги з розпірним замком (рис. 7. в, г, д, е), здатність замку, що несе, може досягати 8 тс;
штанги з вибухо-розпірним замком (рис.7,ж) можуть приймати навантаження відразу після установки;
залізобетонна штанга (рис 8, б, в) характеризуються високою здатністю, що несе;
сталеполімерна штанга (рис 7,к) – швидке вступ у роботу та можливість встановлення безпосередньо в вибої;
дерев'яна штанга (рис.7, м) виготовляється із високоякісної деревини.

Штангове кріплення має наступні переваги:

підвищує безпеку ведення гірничих робіт, т.к. краще будь-який інший з відомих традиційних кріплень протистоїть сейсмовибуховим навантаженням і може встановлюватися безпосередньо в вибої як тимчасова, а в певних умовах навіть як постійна;
має потенційні можливості для повної механізації процесу кріплення;
вимагає меншої витрати кріпильних матеріалів та,як наслідок, менших витрат на їх доставку;
дозволяє зменшити переріз гірничої виробки в проходці, знизити її аеродинамічний опір, порівняно, наприклад, з рамним кріпленням, тобто покращує умови провітрювання.

3. Набризка бетонне кріплення.

Застосування набризгбетонного (торкретбетонного) кріплення також можливе як як тимчасове, так і як постійне кріплення, наприклад, у комбінації із залізобетонними або сталеполімерними штангами. Створення конструкції кріплення набризком бетону передбачає нанесення шару бетонної суміші на поверхню вироблення у вигляді спрямованого потоку повітря. Бетонна суміш, що наноситься зі значним натиском на стінку і покрівлю вироблення, утворює бетон з більш високими показниками міцності.

До переваг підтримки вироблень аналізованого об'єкта набрызгбетоном насамперед относятся:

набризка бетонне покриття надійно оберігає гірські породи від руйнування зовнішніми агентами, внаслідок чого приконтурний масив зберігає свої властивості незмінними на тривалий термін;
більш висока механічна міцність набризку бетону дозволяє вдвічі зменшити товщину кріплення в порівнянні з традиційним монолітним бетоном. Це, у свою чергу, знижує жорсткість конструкції, а отже, покращує працездатність кріплення за рахунок використання власної несучої здатності масиву, на 30-50 % скорочує вартість кріплення і на 10-25 % зменшує площу перерізу вироблення в проходці;
високий рівень механізації кріплення забезпечує збільшення продуктивності праці кріпильників у 2-3 рази;
можливість кріплення вироблення слідом за подвигом вибою та нанесення набризгбетона в кілька прийомів;
набризгбетон знижує аеродинамічнийопір виробок.

При проектуванні кріплення з набризку бетону особливі вимоги пред'являються до складових компонентів суміші, гранулометричного складу інертних наповнювачів, а саме:

час схоплювання бетонної суміші – 15-20 хв;
водоцементне відношення – 0,4 – 0,5, що відповідає пластичності звичайної бетонної суміші;
вологість піску в межах 3-5 %, при великих значеннях вологості пісок необхідно просушувати;

Крім перерахованих переваг, використання такої конструкції кріплення забезпечує економію ресурсів. Це пов'язано зі значним зменшенням товщини шару кріплення з набризку бетону в порівнянні з монолітним бетонним або залізобетонним кріпленням; з меншою трудомісткістю та енергоємністю її зведення. Крім того, підвищується стійкість вміщувального масиву через найкраще проникнення цементного молока в зону приконтурного шару порушених порід. Більше того, при однаковому перерізі вироблення у світлі доводиться менше виймати породи вчорно через меншу товщину шару набризку бетону в порівнянні з товщиною кріплення з монолітного бетону або залізобетону.

Кріплення виробок набрызгбетоном цілком технологічне і з погляду механізації процесу, т.к. всі операції, починаючи з завантаження бетономашини і закінчуючи нанесенням набризку бетону на поверхню вироблення, можна механізувати. В даний час набризгбетонування (торкретування) здійснюється за допомогою спеціальних установок, в яких в якості середовища, що транспортує, найчастіше використовується стиснене повітря, що нагнітає бетонну суміш по шлангу в сопло. Існує два способи набризкубетонування - сухий і мокрий. При мокрому способі подається звичайна бетонна суміш, при сухому - суха суміш стисненим повітрям транспортується безпосередньо досопла, де відбувається її замішування водою. Початок застосування сухого набризку бетонування відноситься до 50-х років минулого століття, мокрий спосіб був апробований в 80-х роках. Набризкбетонування мокрим способом поширене набагато ширше, ніж сухим, але обладнання значно дорожче. Іншим негативним моментом мокрого способу є те, що пил, що виділяється при сухому способі, менш небезпечна для здоров'я, ніж найтонша аерозоль, що утворює при роботі мокрим способом.

У практиці світового тунелебудування при зведенні кріплення набуло поширення застосування набризгбетону з домішкою сталевих волокон (армований набризгбетон). У разі використання цього матеріалу відпадає операція укладання арматурних сіток, а деяких випадках установки сталевих арок. Набризгбетон зі сталевими волокнами має підвищену водонепроникність і стійкість проти тріщиноутворення. При будівництві тунелів неглибокого закладання, наприклад, у межах міста, такий метод значно скорочує тривалість їх спорудження та призводить до економії коштів.

Для уникнення утворення грудок волокон при приготуванні бетонної суміші вирішили виготовляти їх у вигляді склеєних пучків і завантажувати безпосередньо в бетонну суміш. Склеєні пучки волокон при перемішуванні бетонної суміші перерозподіляються в бетонній масі, а потім під дією води та тертя заповнювача поділяються на окремі волокна. Рівномірний та однорідний розподіл волокон у бетонній суміші забезпечує стандартне змішувальне обладнання. Досвід показав, що волокна слід завантажувати за допомогою бункера-дозатора після перемішування всіх складових бетонної суміші. Час змішування бетонних сумішей зі сталевими волокнами зазвичай такий, як і звичайної суміші, а її укладання можнавиготовляти, використовуючи стандартне обладнання.

На приготування 1 м3 бетонної суміші беруть від 20 до 100 кг сталевих волокон. Для виготовлення волокон використовують звичайну сталь, сталь з корозійним покриттям та нержавіючу. Зі звичайної сталі виготовляють волокна довжиною 25; 30; 50; 60 мм, діаметром 0,4; 0.5; 0.8; 1,0 мм. Зі сталі з антикорозійним покриттям витікають волокна довжиною 40 і 60 мм, діаметром 0.6 і 0.8мм, а з нержавіючої сталі волокна довжиною 30 і 50 мм, діаметром 0.4 і 0.5 мм. Міцність бетону на стиск залежно від відсоткового вмісту сталевих волокон у суміші 50-65 МПа, при розтягуванні 4.2 -5.5 МПа.

Вітчизняний та зарубіжний досвід будівництва гірничих виробок показує, що в даний час все частіше і частіше при проходці використовують новоавстрійський спосіб, основним елементом якого є максимальне використання несучої здатності порід приконтурного масиву та диференційоване включення в роботу по периметру контуру конструкції кріплення. Причому як останню використовують анкерну в поєднанні з набризку бетонною. Тому в усьому світі зараз особливу увагу приділяють удосконаленню технології зведення такого кріплення та підбору складу використовуваної набризку бетонної суміші.

Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: