CC BY
154
УДК 622.238.76 В.П. Загороднюк
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТАЛЕПОЛИМЕРНОЙ АНКЕРНОЙ КРЕПИ
Показан новый подход к конструктивному исполнению элементов анкерной крепи, который в значительной степени исключает влияние человеческого фактора на качественную сторону процесса крепления горных выработок, снижение себестоимости и увеличение темпов проходки.
Ключевые слова: Анкерная крепь, конструкция элементов анкерной крепи, качество крепления выработок, полнота заполнения шпура, анкерная резьба.
~ЖЪ настоящее время практически на
а/всех шахтах России применяется относительно новый вид крепления горных выработок - это сталеполимерная анкерная крепь.
Применение анкерной крепи началось еще в 50-х годах, но массовое распространение произошло в 1999 - 2000 годах после разработки ВНИМИ нормативной базы, а именно «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России».
Основываясь на мировом опыте таких угледобывающих стран как США, Англия, Австралия, Германия и др., в России была разработана и внедрена анкерная крепь в виде металлического стержня с гайкой, закрепленного в шпуре с помощью быстротвердеющей полимерной смолы. Данный вид крепи имеет ряд преимуществ перед другими видами, применяемыми при креплении горных выработок (деревянные, металлические, смешанные рамные трапециевидные или арочные крепи), выражающихся в снижении трудозатрат на возведение крепи, доставку элементов до проходческого забоя и как следствие увеличение темпов проходки, а так же в снижении себестоимости как непосредственно проходки, так и конечной про-
дукции. С применением современного бурового оборудования, темпы проведения выросли до 20-30 п.м./сутки.
Тем не менее, конструктив применяемых анкеров А20-В, АКВ и др., изготовленных из стержневого проката с винтовым профилем имеет ряд недостатков, которые существенно влияют на трудозатраты по установке крепи и на качество крепления горных выработок. Одним из основных недостатков является профиль анкерного стержня с нестандартной витой резьбой, имеющей увеличенный шаг резьбы 11 мм. При таком шаге резьбы развиваемый момент затяжки гайки анкера ручной бурильной установкой в 2-3 раза меньше необходимого усилия (30 кН), что в свою очередь в процессе эксплуатации выработки приводит к расслоению пород пород кровли и дополнительной нагрузке на демпферную шайбу и затяжку выработки (порой до разрушения и порывов шайбы). Кроме этого резьбовым соединениям с таким крупным шагом резьбы (11 мм) свойственно самораскручивать-ся при незначительных вибрациях кровли горного массива в процессе его разрушения рабочим органом проходческого комбайна. Зарубежные аналоги анке-
Полимерная
смола
Правая навивка винтовой резьбы
Анкер
а). Правильная установка анкера в шпуре
Рис. 1
б). Уменьшение активной длины анкера на 25%.
в). Уменьшение активной длины анкера на 50%.
ра, как правило имеют стандартные резьбы с шагом 3-6 мм при 0 20-22 мм.
Следующим существенным недостатком конструкции анкера является винтовая насечка, которая функционально выполняет роль резьбы и смесителя полимерной смолы. Винтовые насечки имеют правостороннюю навивку и кроме вышеуказанной роли они являются по своей сути правосторонним шнеком в начальный момент застывания полимерной смолы. Из-за погрешности скорости застывания смолы (по характеристике разброс составляет 3-5 сек.) оператор (проходчик) не может определить начальный момент схватывания полимера. Поэтому наблюдается два направления развития процесса установки анкера:
1. Слишком ранняя остановка вращения анкера приводит к неполному
размешиванию полимерной смолы и как следствие снижению качества.
2. Действие правостороннего шнека приводит к тому, что происходит перемещение полузастывшей смолы из верхней в среднюю и нижнюю часть шпура, результатом чего является автоматическое укорачивание активной длины анкера (см. рис. 1).
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что учесть и проконтролировать степень размешивания полимерного состава до нужной консистенции и глубину заполнения шпура не представляется возможным.
Результат влияния человеческого фактора и конструктива самого анкера
на процесс анкерования можно в некоторых случаях наблюдать при посадке
а
б
Рис. 2. Шпур под анкер: а - заполнен на 50 % его глубины; б - заполнен на 100 % его глубины
кровли в зоне обрушения пород за лавой, где освободившиеся от горного массива анкера штреков заполнены полимерной смолой в средней части (см. рисунок).
Для устранения данных проблем необходимо изменить конструкцию анкерного стержня, а именно:
1. Насечка на стержне анкера должна быть либо левосторонней навивки, либо «елочкой» (строительная арматура из стали В-500 или В-400) для эффективного размешивания полимерной смолы.
2. Анкера должны иметь стандартную резьбу под гайку с шагом резьбы 3-
\ 6 мм для обеспечения усилия
} затяжки гайки 30 кН.
Следующим серьезным фактором, влияющим на качество крепления горных выработок анкерной крепью является степень заполнения анкерного шпура. Геомеха-нические свойства вмещающих пород таковы, что при наличии даже незначительных полостей в горном массиве происходит образование трещиноватости.
Из рис. 2 следует, что расслоившаяся порода кровли в зоне незаполненных полимерной смолой шпуров создает дополнительное давление на резьбовое соединение анкера, равное весу объема отслоившейся породы. Чем больше незаполненный шпур, тем больше дополнительная нагрузка на анкер.
К следующему положительному фактору полноты заполнения шпура при установке анкера можно отнести увеличение несущей способности сформированной в кровле выработки естественной балки, которую можно по аналогии рассматривать как бетонную балку, а анкера как арматуру в бетонной балке.
Из рис. 2, а, б видно, что чем больше мы заполняем шпур, тем мощнее становится несущая балка, а следовательно увеличивается несущая способность.
Кроме упрощения функции контроля качества возведения анкерной крепи при полном заполнении шпура анкера и увеличения несущей способности, представляется возможным увеличение темпов проходки на 15-20 %.
Внедрение прогрессивных технологии ПРИ проведении выроботки на анкерною крєпь
При расчете параметров крепи (длина анкера, плотность анкерной крепи и т.д.) применяется коэффициент Ка, который учитывает степень связывания и упрочнения пород, и дающий возможность уменьшения длины анкера на 1520 % (см. стр. 35 «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи...») и как следствие уменьшение общей длины
шпурометров на единицу закрепленной горной выработки.
В настоящее время на 6 шахтах проведены экспериментальные участки с установкой новых анкеров увеличенной несущей способности. На всех участках получены положительные результаты.
С применением усовершенствованной технологии анкерного крепления на шахте «Хакасская» были достигнуты следующие результаты:
1. Снижение трудозатрат по доставке материалов в забой на 15 %.
2. Увеличение темпов проведения горных выработок на 20 %.
3. Улучшение качества крепле-ния горных выработок.
4. Уменьшение шпурометров на 23 %. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ --------------------------------------------------
Загороднюк Вадим Петрович - начальник технического управления подземных горных работ ОАО «СУЭК», E-mail:[email protected]
