Анкерная крепь. Типы анкеров. Принцип расчета.

Для увеличения несущей способности прилегающих к выработке трещиноватых грунтов применяют анкерную крепь. Анкерная крепь – это система закрепленных в шпурах металлических стержней (штанг), установленных по периметру выработки для скрепления различных слоев или структурных блоков грунта. С помощью завинчивания гайки достигают натяжение штанги с определенной силой.

Анкерную крепь как самостоятельную конструкцию можно применять в грунтах средней устойчивости с f>=4. В более слабых грунтах анкерную крепь можно применять в сочетании с тюбинговой, набрызгбетонной или монолитнобетонной, рамной крепями. Кроме того а.к. часто используют в качестве меры для предотвращения пучения грунта подошвы выработки, а также для вспомогательных целей: при ремонте выработок с нарушенной крепью и усилении последней, для подвески кабелей, трубопроводов и др.

Анкера

- клиновые. Изготавливают из мягкой стали. Такой анкер состоит из штанги, имеющей на одном конце резьбу для навинчивания натяжной гайки 4, а на другом конце — прорезь шириной 3—4 мм для клина 1, обеспечивающего закрепление анкера в породе. Клин обычно на 10—20 мм короче прорези, его грани наклонены под углом 6—9°, а конец имеет ширину около 2 мм.

Для создания предварительного натяжения штанги на нижнем конце анкера пневматическим сболчивателем затягивают гайку, под которую помещают элемент, распределяющий давление на большую поверхность кровли: квадратная опорная шайба 3, отрезок швеллера и т.п.).

Для надежной заделки клинового анкера необходимо обеспечивать при бурении проектную глубину и диаметр шпуров.

Изготовление клиновых анкеров дешево, просто и может быть организовано в условиях строительства. Минусы: усилия от натяжения штанги передаются стенкам шпура через небольшие площадки контакта, поэтому клиновые анкеры нельзя применять как в слишком мягких, так и в слишком твердых породах в первом случае усилие натяжения вызывает на контакте концов штанги с породой пластическое течение породы, во втором — пластическое течение металла штанги). Клиновые анкеры применяют в породах, имеющих f ≥ 4 (кроме весьма крепких и окварцованных пород). При забивке штанги в шпур возникает нежелательное сотрясение кровли и, кроме того, требуется увеличение диаметра штанги, работающей при этом на сжатие. К точности бурения шпуров для клиновых анкеров предъявляют повышенные требования, так как при увеличении диаметра шпура против проектного резко падает несущая способность заделки. При слишком длинном шпуре клин не войдет в прорезь штанги достаточно глубоко, а при коротком шпуре будет затруднено затягивание гайки при натяжении штанги. Клиновые анкеры нельзя извлекать и использовать повторно.

- распорные. Закрепляются в шпуре за счет расширения самой головки анкера, а не концов штанги. К этому типу анкеров относятся многочисленные конструкции, действие которых основано преимущественно на расширении головки за счет взаимного смещения входящих в ее состав клиньев.

Распорные анкеры более сложны в изготовлении, но по сравнению с клиновыми имеют следующие преимущества: независимость качества заделки от глубины шпура; возможность уменьшения диаметра штанги, которая не ослабляется прорезью (постановка анкера осуществляется без забивки); возможность извлечения и повторного использования анкера; меньшее влияние точности бурения на качество заделки анкера, зависящее от разности диаметров шпура и головки анкера, которая может быть принята очень небольшой (2—3 мм); большая поверхность контакта распорной головки со стенками шпура и увеличение прочности заделки при возрастании нагрузки на анкер, что позволяет применять анкеры такого типа в сравнительно слабых скальных породах (f ≥ 3).

Предварительное натяжение анкеров имеет большое значение для повышения несущей способности породы в кровле выработки и предотвращения расслоения пластов. Чем сильнее затянут анкер, тем большие силы трения возникают на контактах между блоками, на которые порода разделена трещинами. Однако предварительное натяжение не должно быть слишком велико (обычно оно составляет 4—5 тс), так как сильное натяжение может привести к смещению заделки анкера.

- набивные.Наиболее просты. Их образуют забивание стального заостренного стержня 1 периодического профиля в шпур диаметром 42—46 мм предварительно заполненные с помощью пневмонагнетателя жестким цементно-песчаным раствором 2. Уширенный нижний конец стержня имеет отверстие 3 для подвески защитной сетки.

Рост несущей способности такого анкера должен опережать процесс развития деформаций горных пород и быть увязан с длительностью проходческого цикла. Чтобы обеспечить через 6 ч после установки анкера возрастание его несущей способности до 7—10 тс, для заполнения шпура применяют цементно-песчаный раствор глиноземистого цемента марки 400—500 с добавкой 5—6 % хлористого кальция и водоцементным отношением 0,26.

- анкеры типа «Перфо». Две полуцилиндрические оболочки из листовой стали толщиной 2—3 мм с наружным диаметром, меньшим диаметра шпура на 3—4 мм, имеющие отверстия, расположенные в шахматном порядке, заполняют цементно-песчаным пластичным раствором, стойким против воздействия агрессивных вод, соединяют вместе и связывают проволокой. Такую трубку 2, заполненную раствором 3, вводят в шпур и закрепляют заклиниванием в его устье. Затем в трубку забивают отбойным молотком стальной стержень гладкого или периодического профиля 1. При этом раствор выдавливается через отверстия в зазор между трубкой и стенками шпура, обеспечивая плотное его заполнение по всей длине. Чтобы исключить возможность оставления воздуха в шпуре, перед забивкой стержня целесообразно помещать между перфорированной трубкой и стенками шпура тонкую трубку, доходящую до дна шпура.

Набивные анкеры и анкеры типа «Перфо» обеспечивают высококачественную заделку как в самых твердых, так и в мягких породах (f ≥ 2) и являются долговечными, так как их защита от коррозии гарантирована плотной оболочкой из раствора, которая для анкеров типа «Перфо» армирована стальной оболочкой. Кроме того, железобетонные анкеры в отличие от стальных полностью заполняют шпур и, следовательно, способны работать на срез при смещении пластов породы.

Недостатком железобетонных анкеров описанных конструкций является невозможность их натяжения после затвердения раствора. Вследствие этого они лишь фиксируют состояние кровли выработки, соответствующее моменту затвердения раствора, и не обеспечивают ее немедленного обжатия. Для того чтобы иметь возможность создать предварительное натяжение анкера, можно рекомендовать заполнение глубинной части шпура (30—40 см) быстротвердеющим, а остальной части шпура — медленно схватывающимся раствором. Тогда натяжение анкера можно производить после затвердения раствора у дна шпура, обеспечивающего прочную заделку, но до начала схватывания раствора на остальном его протяжении.

Предварительно назначают основные параметры анкерной крепи исходя из гипотезы подвешивания зоны возможного обрушения к ненарушенным грунтам и согласно требованиям :

-определяем рабочую длину;

- определяем длину части анкера, заглубленную в ненарушенный грунт (замковая часть)

- определяем предельное расстояние между анкерами по прочности закрепления заглубленной части

- выбор диаметра стержня

l_р назначают в одном случае по опыту проходки в аналогичных условиях, больше высоты h вывала.

Такой подход дает большой запас надежности, так как правильное применение анкерной крепи исключает возможность полного развития свода давления (особенно в сводчатых выработках, образованных гладким взрыванием). Либо назначаем по формуле l_р= 0,75 *B*kt/f

l_а = l_р + l_з, где l_з — длина замка анкера.

Несущая способность заделки анкера должна быть достаточной, чтобы выдержать вес отделившегося от кровли блока грунта. В промежутках между анкерами грунт укрепляют нанесением слоя набрызг-бетона. Шаг анкеров назначают по расчету и увязывают и величиной заходки.