4.2. Анкерная крепь

Сущность крепления горных выработок анкерной крепью заключается в том, что слои кровли «подшиваются» к более прочной основной кровле или скрепляются между собой анкерами. В настоящее время широкое распространение получил способ крепления выработок железобетонными анкерами (штангами). Железобетонные анкеры получают в результате заполнения песчано-цементным раствором шпура, в который затем вводят стальную арматуру. Раствор, заполняющий шпур, создает прочный контакт с породой по всей длине анкера и препятствует смещению и расслоению пород. Для крепления железобетонными анкерами используется цементно-песчаная смесь состава 1:1 или 1:2 из цемента марок 400 или 500, а в качестве арматуры – сталь переменного профиля диаметром 16 мм. Предел текучести арматурной стали может приниматься равным _т = 3,4  10⁸ Па, удельное сцепление бетона с породой  в зависимости от марки цемента принимается 1,0  10⁶ Па или 1,4  10⁶ Па, а удельное сцепление арматурного стержня с бетоном составляет _у = 12  10⁶ Па.

Шпуры бурятся телескопными перфораторами ПТ-29, ПТ-36, ПТ-45 и др. Для установки штанг применяется комплект оборудования ПН-1, состоящий из трех контейнеров для транспортировки компонентов смеси емкостью по 62 л и бака, в котором смесь перемешивается лопастным валом, вращающимся от пневмопривода, а затем подается в шпур. Техническая характеристика комплекса оборудования ПН-1 приведена ниже:

Объем контейнера, л . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Объем бака, л. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24,5

Давление сжатого воздуха, Па . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5  10⁵

Расход сжатого воздуха, м³/мин . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,5

Мощность привода, кВт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,06

Размеры пневмонагнетателя, мм:

высота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1380

ширина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670

длина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860

Масса, кг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Расчет анкерной крепи заключается в следующем:

1. Выбираются оборудование для бурения шпуров и материалы, необходимые для возведения штанговой крепи. Диаметр шпуров под штанги может приниматься равным 43 мм (d_шп = 4,3  10^-2 м).

2. По формуле (20) вычисляется коэффициент внутреннего трения пород, а для случая, когда n_б < 3 определяется и угол сползания породных призм по формуле (22).

3. Рассчитывается высота зоны обрушения пород

(37)

где b_св - высота свода естественного равновесия пород, определяемая для случая, когда n_б  3 по формуле (23), а для случая n_б  3

(38)

4. Определяется длина штанги в кровле выработки

(39)

где l_з.г. = 0,3-0,4 - заглубление анкера в зону устойчивых пород. При работе над проектом минимальную длину штанги рекомендуется принимать равной l_шт  1,0 м.

5. Вычисляется несущая способность анкера из условия прочности арматурного стержня на разрыв, Н:

(40)

где F_а - площадь сечения арматурного стержня, м².

6. Вычисляется несущая способность анкера из условия сдвига бетона относительно стенок шпура, Н:

(41)

где m₁ - коэффициент условий работы анкера, равный при сухом шпуре 0,9, при влажном шпуре 0,75 и при наличии воды в шпуре 0,6.

7. Несущая способность анкера из условия прочности закрепления арматурного стержня в бетоне, Н:

(42)

где d_а - диаметр арматурного стержня; l₃ - длина заделки стержня в бетоне. Обычно принимается l₃ = l_шт; К_ст - коэффициент, учитывающий начальный сдвиг арматуры в бетоне, равный 0,85.

8. В качестве расчетной несущей способности анкера Р_а выбирается наименьшее из рассчитанных значений Р₁, Р₂ и Р₃.

9. Максимально допустимые расстояния между анкерами по периметру выработки рассчитываются по формуле, м:

(43)

где К₃ = 2,5 – коэффициент запаса прочности, ρ – плотность породы, кг/м³.

10. Определяется число анкеров в ряду:

при n_б > 3

(44)

при n_б < 3

(45)

где h_шт - расстояние от почвы до нижнего анкера, принимаемое равным 1-1,5 м; обозначения h₃ и h₂ приведены на рис. 3, P_Ч – периметр выработки вчерне.

Полученные по формулам (44) и (45) значения n_p округляются до +0,5. При значениях n_р = 2,5, n_p = 3,5 и т.п. количество штанг в каждой паре рядов принимается соответственно равным 2 и 3, 3 и 4, и т.п.

11. Число штанг на 1 пм выработки будет равно

(46)

12. Число штанг на 1 цикл составит:

(47)

13. Объем бурения в цикле для установки штанг, м

(48)

14. Выбирается оборудование для возведения анкерной крепи и приводится его техническая характеристика.