Технология возведения упрочняющей анкерной крепи при совмещенной схеме проход Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.674: 539.3 В.Н. Армейсков

ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ АНКЕРНОЙ КРЕПИ ПРИ СОВМЕЩЕННОЙ СХЕМЕ ПРОХОДКИ

Семинар № 4

Онемечена неэффективность традиционных направлений повышения несущей способности монолитной бетонной крепи. Рассмотрены способы установки анкерной крепи при совмещенной схеме проходки. Разработана технологическая карта проходки ствола с возведением упрочняющей анкерной крепи с проходческого полка.

В настоящее время в России и странах СНГ при проходке вертикальных стволов практически не имеет конкуренции совмещенная технологическая схема, характеризующаяся возведением крепи вслед за подвига-нием забоя ствола. При креплении стволов монолитным бетоном эта технология позволяет обеспечить высокие технико-экономические показатели проходки, но с увеличением глубины разработки и ухудшением горно-геологических условий возникает необходимость увеличения толщины крепи, перехода на монолитные железобетонные и металлобетонные крепи.

С увеличением толщины монолитной бетонной крепи на каждые

0,05 м стоимость проходки стволов возрастает на 5...7 %. Одновременно увеличивается объем выемки породы на 2...3 %, возрастает расход бетона на 8... 15 %. При применении железобетонных крепей происходит снижение темпов крепления в 1,5 -

2 раза, увеличение трудоемкости работ на 30-40 % и более. На крепление 1 м ствола затрачивается от 0,5 до 1,5 т металла.

Из практики известны и другие способы повышения несущей способности крепи, и к наиболее перспективным относят использование комбинированных крепей на основе анкеров.

Анкерную крепь, как элемент упрочнения массива, применяют в сочетании с другими видами крепи, при креплении стволов, пройденных в породах НУ категории устойчивости. В зависимости от устойчивости и физико-механических свойств пересекаемых пород применяют различные конструкции и технологии возведения анкерной крепи.

При проходке стволов по совмещенной технологической схеме возможны два варианта установки анкерной крепи:

1. Установка анкерной крепи из забоя ствола перед возведением основной крепи.

2. Установка анкерной крепи с проходческого полка через возведенную монолитную бетонную крепь.

Теоретические и технологические аспекты 1 варианта рассмотрены в Инструкции [1]. Возведение анкерной крепи предусматривается по мере уборки породы 1 фазы, при этом взорванная порода убирается на вы-

-Стержень анкера

Закрепляющая смесь

Б ет онная крепь Породный ма ссі т

Рис. 1. Схема установки анкера через монолитную бетонную крепь

соту, равную шагу установки анкеров, после чего работы по уборке породы прекращаются, и возводится ряд анкерной крепи. Таким образом, процесс монтажа анкеров не совмещается с другими процессами, вследствие чего продолжительность проходческого цикла увеличивается до 36 - 38 часов и более.

Кроме этого жесткое закрепление вмещающих пород анкерами сразу после их обнажения препятствует протеканию первоначальной разгрузки массива, благоприятно сказывающейся на последующем совместном взаимодействии массива и крепи.

а)

Более перспективным следует признать второй вариант, при котором установка анкерной крепи осуществляется с проходческого полка на некотором расстоянии от забоя. При такой технологии появляется возможность производства работ по установке анкеров одновременно с другими проходческими процессами.

Анкера устанавливаются через возведенную основную крепь, образуют взаимосвязанную систему «монолитная бетонная крепь - анкера - породный массив», при этом концы штанг, связанные с крепью могут выполнять функцию поперечной арматуры в бетоне. Перспективность такого решения в конструкции крепи рассмотрена в работе [2].

Предлагаемая схема (рис. 1) позволяет существенно упростить конструкцию анкера, отказаться от необходимости использо-

б)

Рис. 2. Конструкции анкера

179

Таблица 1

Характеристика ствола

№ п/п Наименование параметра Единица измерения Значение

1 Диаметр ствола в свету м 6,0

2 Толщина монолитной бетонной крепи мм 400

3 Коэффициент крепости пород - 7 - 9

4 Приток воды м3/ч до 5,0

5 Глубина ствола м 500,0

6 Длина анкеров м 2,0

7 Расстояние между рядами анкеров м 1,0

8 Расстояние между анкерами в ряду м 1,0

9 Диаметр анкеров мм 20,0

Таблица 2

№ п/п Наименование оборудования Количество, шт

1 Бурильная установка БУКС-1у2 1

2 Погрузочная машина 2КС-2у/40 1

3 Бадья типа БПС - 2,0 м3 2

4 Секционная опалубка Н - 4 м 1

5 Забойный насос Н-1м 1

6 Отбойный молоток МО-7м 3

7 Перфоратор ПП54В 4

8 Пневмосверло СР-3 4

9 Деревянная забойка 4

вания опорной плиты с болтовым соединением. Закрепление анкера по всей длине шпура обеспечит надежную связь элементов системы.

В качестве вяжущего используется цементно-песчаная смесь. В случае необходимости быстрого включения анкеров в работу возможно применение патронов с быстротвердеющем неорганическим вяжущим.

Штанга анкера представляет собой металлический стержень, изготовленный из стали периодического профиля классов А-11, А-111 диаметром 16 -24 мм. Один конец анкера (головка) затачивается под острым углом для возможности разрушения оболочки патрона (рис. 2, а). Во втором варианте головка срезается под углом 450, а концу анкера приваривается металлический резак (рис. 2, б).

Рассмотрим технологию установки упрочняющих анкеров через основную, возведенную ранее, монолитную бетонную крепь на примере вертикального ствола с характеристиками, представленными в табл. 1.

Перечень применяемого забойного оборудования приведен в табл. 2.

Последовательность выполнения операций проходческого цикла следующая.

Работы по проходке ствола выполняются звеном проходчиков, численностью 7 чел по стандартной совмещенной технологической схеме (рис. 3).

Перед началом цикла последняя возведенная заходка с опалубкой отстают от забоя на 0,5-1 м. После бурения шпуров и взрывания взорванная порода заполняет незакрепленное

Рис. 3. Технологическая схема проходки ствола

пространство в забое и частично (до 1-1,5 м и более в зависимости от коэффициента разрыхления пород) зону опалубки.

Забой ствола проветривают и приводят в безопасное состояние, далее приступают к уборке породы 1 фазы.

Породу убирают на высоту опалубки, оставшуюся в забое породу выравнивают, производят спуск и центрирование опалубки на новой заходке.

После этого возводят первое кольцо монолитной бетонной крепи высотой около 1 м, дают бетону схватиться, далее бетонируют заходку на полную высоту. Работы по уборке породы 2 фазы, если это возможно, совмещают со вторым этапом возведения крепи или производят после него.

Установка упрочняющей анкерной крепи осуществляется с проходческого полка одновременно с монтажом коммуникаций (рис. 3).

Таблица 3

Технико-экономические показатели проходки

№ п/п Наименование показателя Единица измерения Значение

1 Продолжительность проходческого цикла ч 30,0

2 Подвигание забоя за цикл м 3,6

3 КИШ - 0,8

4 Средняя глубина шпуров м 4,5

5 Расчетная скорость проходки м/мес 87,0

6 Число анкеров в ряду шт 16

7 Плотность установки анкеров шт/м2 1,0

8 Состав звена чел. 7

Бурение шпуров под анкера производится с помощью перфораторов. Организация работ следующая.

В целях строгого соблюдения заданной глубины шпура, на буровую штангу устанавливается ограничительное кольцо. Шпуры для установки

Рис. 4. Переходник для установки анкерных штанг

анкеров бурятся стандартными коронками диаметром 43 мм. Шпуры должны быть прямолинейными, т.к. даже небольшое их искривление затрудняет установку анкера.

Перед установкой крепи к месту работ доставляется необходимое количество комплектов анкеров. Применение анкеров с дефектами и невыдержанными параметрами не допускается. Установка анкеров в скважины, не соответствующие паспорту крепления по размерам и расположению, а также загрязненные шпуровой мелочью, запрещается.

Полиэтиленовые патроны вяжещего вводятся в шпур по одному и досылаются все вместе с помощью деревянной забойки. Применение патронов, не отвечающих техническим условиям, с истекшим сроком хранения и дефектами упаковки не допускается. В заполненный патронами шпур вводят металлический стержень анкера. Стержень соединяют с пневмосверлом при помощи специального переходника (рис. 4) и производят включение. В процессе поступательно-вращательного движения стержня он при помощи заостренного конца или приваренного резца перемешивает и активирует составные компоненты патронов. Для предотвращения коррозии анкерных стержней их целесообразно заглублять в шпур на 2-3 см, а образовавшееся пространство тщательно заделывать па-тронированным вяжущем.

После достижения металлическим стержнем заданной глубины сверло отключают и снимают переходник. Далее сверло с переходником переносят к другому шпуру, и процесс повторяется.

м т/п Наименование операции Объем зацикл 0 й и Й ІЇ * а Время по гоаіжу 1 сутей 2 сутей

I смена II смена III смена IV смена I смена

Ед. изм Кол- во • ' ■

час мин 8 9 10 11 12 131 4 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

] Спуск и подъем смены 7 0 15'

2 Спуск и подсоединение БУКС-1 у2 шт 1 7 0 30 •

3 Бурение шпуров шт 50 1 5 00

4 Отсоединение иввщачаБУКС-1у2 шт 1 7 0 30

Спуск и выгрузка ВВ 5 0 10

б Заряжание шпуров шп. 50 5 2 20

7 Подъем оборудования п.м. 20 5 0 15

8 В зрыв ание и пров етрив ание 5 С 30 і в

9 Спуск оборудования, приведение забоя в 6. с п.м. 20 4 0 30

10 Уборкапороды 1 фазві м1 12; 4 4 20

И Отрыв, спуск и центровка опалубки шг і 4 1 30

12 Бетонирование заходки м1 32 4 4 00

13 Уборкапороды2 фазы м! 11,5 7 3 25

14 Установка анкерной крепи шт 64 3 5 45

15 Наращивание проходческих коммуникаций П.М. 4 4 5 45

Скорость вращения стержня должна быть не менее 5 с-1, скорость подачи -около 600 мм/мин.

График организации работ на проходку ствола с упрочнением анкерами монолитной бетонной крепи в призабойной зоне ствола представлен на рис. 5. Основные технико-экономические показатели рассмотренной технологической схемы представлены в табл. 3.

Таким образом, разработанный цикличный график предусматривает

1. Инструкция по расчету и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стволах. - Харьков. ВНИИ-ОМШС, 1990. - 75 с.

2. Плешко М.С., Армейсков В.Н. Исследование различных способов анкерного упрочнения монолитной бетонной кре-

установку анкерной крепи одновременно с монтажом проходческих коммуникаций, благодаря чему не увеличивается суммарная продолжительность цикла.

Рассмотренная технология может успешно конкурировать с технологией крепления вертикальных стволов монолитной железобетонной крепью и по ряду параметров (скорость проходки, металлоемкость крепи и др.) превосходит ее.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

пи вертикальных стволов на численных моделях // Проблемы подземного строительства и направления развития тампонажа и закрепления горных пород: сб. науч. тр. / Донецкий нац. техн. ун-т. - Донецк: «Норд-Пресс», вып. №12, 2006. - С. 206-211. ЕШЗ

— Коротко об авторе

Армейсков В.Н. - горный инженер, заместитель директора Шахтинского института (филиала) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института), г. Шахты.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 4 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. С.А. Гончаров.

--------------------------------------------- РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ

МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

1. Костиков В.Г., Березин О.К., Иванов А.Е. Система электропитания модулятора радиопередающего устройства на базе магнетрона (609/01-08 — 25.10.07) 14 с.

2. Мельник И.А. Повышение информативности нейтронного каротажа с целью выделения зон наложенного эпигенеза (610/01-08 — 25.10.07) 11 с.