Анкерование почвы

18.03.2020

Вопрос о целесообразности анкерования почвы в каком-либо из выемочных штреков должен решаться с учетом горно-геологических и эксплуатационных условий.

Горно-геологические условия. Важным условием эффективного применения анкеров для упрочнения почвы является ненарушенность породного массива. Анкер не будет действовать эффективно, если он установлен в уже разрушенном породном массиве. Об этом свидетельствует накопленный к настоящему времени практический опыт анкерования почвы. He подлежит анкерованию также почва, состоящая из породных слоев с небольшим пределом прочности (ниже 25 МПа), в том числе из мягкого «кучерявчика», угля и слабого глинистого сланца, при толщине слоев менее 20 см. Условный показатель прочности таких пород изменяется от 3 до 6. При воздействии давления они склонны к разрушению на мелкие куски. Упрочняющее действие анкера ограничивается небольшим объемом. Порода между анкерами взламывается и выдавливается вверх.

Кроме того, малой прочностью характеризуются разделенные плоскостями ослабления породные слои, которые также не могут быть упрочнены анкерами. Плоскости ослабления в породах почвы обнаруживаются по буровым кернам. Поэтому бурение керновых скважин должно быть непременной составной частью подготовки к проектированию работ по упрочнению пород почвы анкерами.

По буровым кернам определяется также чувствительность пород почвы к воде. От того, в какой степени вода влияет на прочностные свойства пород, зависит выбор способа бурения анкерных шпуров. При ярко выраженной склонности пород к размоканию рекомендуется применять сухое бурение.

Эксплуатационные условия. При наличии горно-геологических предпосылок целесообразности анкерования почвы к организации проходческих работ должны быть предъявлены два важных требования:

- возможность размещения в призабойном пространстве машины для бурения анкерных шпуров и установки анкеров;

- согласование скорости подвигания забоя штрека с производительностью машины по установке анкеров.

Машина по установке анкеров должна размещаться вблизи забоя выработки, с тем чтобы можно было анкеровать еще не нарушенные деформацией породные слои почвы. Длина такой зоны (считая от забоя) редко превышает 10 м. Место анкерования может находиться на тем большем расстоянии от забоя, чем выше первоначальная прочность пород почвы.

Достигнутая к настоящему времени производительность работ по установке анкерной крепи составляет 10—30 анкеров/сут. При максимальной производительности 30 анкеров/сут, ширине штрека 6 м и плотности крепления 1 анкер/м2 ежесуточно можно анкеровать участок штрека длиной 5 м. Поэтому скорость проведения выработки также не должна превышать 5 м/сут.

Техника бурения анкерных шпуров. Ниже приведены основные требования к машинам для бурения шпуров при анкеровании почвы.

Маневренность: большой диапазон поворота направляющих автоподатчика (до 27° к горизонтальной плоскости); достаточно большая высота точки поворота направляющих автоподатчика (не менее 2 м над уровнем почвы); быстрая установка и возможность фиксации в заданном положении бурения.

Устойчивость: защита от опрокидывания с помощью распорных устройств; защита от опрокидывания за счет собственного веса.

Производительность: применение тяжелых бурильных машин (массой 80 кг); высокое усилие подачи (при вращательном бурении не менее 20 кН, при ударно-вращательном — не менее 8 кН); возможность перехода от вращательного к ударно-вращательному способу бурения; достаточно большая длина направляющих автоподатчика (для буровых штанг длиной не менее 1,5 м); возможность одновременной работы нескольких бурильных машин с автоподатчиками.

Удаление буровой мелочи: быстрое переключение с продувки шпуров на промывку водой; высокопроизводительный отсос буровой мелочи; возможность промывки скважин суспензиями (например, с добавлением магнезиальных вяжущих).

Достигнутую в настоящее время производительность, при которой на полную установку одного анкера в почве затрачивается 20—30 мин, следует считать неудовлетворительной и недостаточной для того, чтобы соответствовать скорости подвигания проходческого забоя 5 м/сут. Поэтому машины для анкерования почвы должны быть усовершенствованы таким образом, чтобы на бурение анкерной скважины глубиной 6 м затрачивалось не более 10 мин (со сменой буровых штанг), заполнение скважины цементирующим составом с последующим введением в нее анкерной штанги длилось не более 5 мин.

Техника анкерования. После выявления целесообразности анкеровання почвы по горно-геологическим и эксплуатационным факторам следует с тех же позиций определить параметры анкерной крепи, используемой для упрочнения почвы. К таким параметрам, в частности, относятся: тип анкерной крепи, длина анкерных штанг, глубина заглубления хвостовиков анкерных штанг под уровнем почвы, угол наклона анкерных шпуров, плотность анкерной крепи, расстояние между рядами шпуров, разрывная прочность анкерных штанг и схема расположения анкеров.

Тип анкерной крепи. Анкерная крепь различается по виду закрепления анкерной штанги в скважине (по всей длине скважины или только в ее донной части), материалу анкерной штанги, виду цементирующего состава и длине анкерной штанги.

Длина анкерных штанг. Анкеры должны скреплять породные слои почвы на всю глубину зоны складкообразования, соответствующей, согласно экспериментам на моделях и измерениям в шахтах, как правило, трем четвертям или в максимальном случае полной ширине выработки.

Глубина заглубления хвостовиков анкерных штанг. Под этим параметром подразумевается расстояние между хвостовиком анкера и уровнем почвы в тех случаях, когда анкерную штангу определенной длины закрепляют в шпуре, имеющем большую, чем длина штанги, глубину. Такое расположение хвостовика позволяет в случае необходимости осуществлять подрывку почвы. Рекомендуемая глубина заглубления анкерной штанги 0,6—0,8 м, что несколько больше глубины однократной подрывки почвы.

Угол наклона анкерных шпуров. В породных слоях почвы штрека происходят смещения их относительно друг друга. При этом анкерная штанга, расположенная в шпуре по нормали к напластованию, подвергается усилиям среза. Большим сопротивлением обладают те анкерные штанги, которые подвергаются напряжениям сжатия. Оки возникают в том случае, если анкерный шпур пробурен диагонально к напластованию.

Плотность анкерной крепи. Нижний предел плотности анкерной крепи составляет, согласно Н. Бушману, 1 анкер/м2. Эта величина получена в результате экспериментов на моделях и была впоследствии подтверждена при наблюдениях в шахтах и исследованиях на современных моделях подготовительных выработок. В некоторых случаях при высокой первоначальной агрегатной прочности пород почвы удавалось существенно уменьшить их пучение при меньшей плотности анкерной крепи (0,8 анкера/м2). Для пород с условным показателем прочности не более 3 верхний предел плотности анкерной крепи соответствует 2 анкера/м2.

Расстояние между рядами анкеров. Расстояние между рядами анкеров с учетом геологических особенностей строения почвы следует выбирать в пределах 0,8-1,2 м. В особых случаях (особо прочные породы) расстояние между рядами анкеров может быть увеличено до 1,5 м.

Прочность анкерных штанг. Необходимая прочность анкерных штанг на растяжение (кН) определяется по требуемой несущей способности AW(кН/м2) и плотности Ad (анкер/м2) по формуле

A = AW/Ad.


Поскольку в настоящее время анкерные штанги с прочностью на разрыв свыше 550—600 кН пока не изготовляются, следует выбирать такую плотность крепи, чтобы нагрузка на одну анкерную штангу не превышала указанной величины.

Схема расположения анкеров. Указанные выше параметры определяют требуемую схему расположения анкеров (паспорт анкерования почвы).

Кроме того, при проектировании работ по упрочнению почвы анкерованием необходимо:

- устраивать так называемые «анкерные барьеры» для предупреждения нежелательного воздействия разрушенной почвы на незаанкерованном участке выработки на поведение почвы, упрочненной анкерами. С этой целью с обоих концов участка выработки, почва которого должна быть упрочнена анкерами, нa протяжении 5—10 м плотность анкерной крепи увеличивают вдвое (путем соответствующего уменьшения расстояния между рядами анкеров);

- располагать анкеры с учетом ожидаемого направления сдвижения пород почвы под боками выработки.

Наблюдения за сдвижением пород в почве и конвергенцией выемочных штреков с анкерной крепью показали, что при односторонней отработке пласта сдвижение пород в почве после прохода лавы направлено от бока штрека, противоположного лаве. Это обстоятельство должно учитываться путем выбора такой несимметричной схемы расположения анкеров, при которой почва под боком штрека, противоположном лаве, имела бы усиленное крепление. В выемочных штреках с двусторонней отработкой пласта, полевых штреках и квершлагах, наоборот, схема расположения анкеров должна быть симметричной, если только нет каких-либо данных о несимметричном характере сдвижения пород почвы. Если не имеется возможности устанавливать все анкеры каждого ряда непосредственно у проходческого забоя, то в призабойном пространстве рекомендуется устанавливать лишь средние анкеры, а боковые анкеры в этом случае устанавливаются позже — на некотором расстоянии от забоя.

На рис. 7.13 показана примерная схема расположения анкеров, в которой учтено требование о большей плотности анкерования почвы у противоположного лаве бока выемочного штрека в условиях односторонней отработки и крепких породах почвы. Она характеризуется следующими параметрами: высота и ширина штрека — соответственно 4,1 и 5,8 м; площадь поперечного сечения выработки 18 м2; глубина анкерных шпуров 6 м; длина анкерных штанг 5,5 м; глубина заглубления хвостовиков анкеров 0,5 м; число анкеров в ряду 7; расстояние между рядами анкеров 1,2 м; плотность анкерной крепи 1 анкер/м2.

При подобной схеме расположения анкеров в почве штрека образуется несущий обратный свод, опоры которого расположены под боками выработки.

Опыт упрочнения почвы анкерованием. Рассмотрим результаты шахтных испытаний этого способа упрочнения почвы на примере анкерования почвы выемочного штрека, пройденного по пласту «Президент». Указанный штрек проходили с помощью буровзрывных работ на глубине 1040 м с опережением лавы на 80 м. Породы почвы — крепкие песчано-глинистые сланцы с пределом прочности на сжатие 70 МПа.

Поскольку в опережающей очистной забой части штрека находился конвейер, паспортом крепления почвы предусматривалась поочередная установка 8 (рис. 7.14, а) и 6 анкеров (рис. 7.14,6) в ряду при расстоянии между рядами 1,5 м. Плотность 0.8 анкера/м2. Хвостовики анкеров были заглублены в почву на 0,8 м, длина анкерных штанг составляла вначале 4,5 м, а затем 5,2 м.

Оказалось, что благодаря анкерованию характер смятия породных слоев почвы существенно изменился. Производственные наблюдения, проводившиеся в этом штреке для контроля эффективности анкерования, показали, что на незаанкерованном участке штрека конвергенция проявлялась уже в 80 м перед лавой, достигая на сопряжении 24% (рис. 7.15). В 50 м за лавой конвергенция возросла до 45%, после чего ее интенсивность начала уменьшаться. В 140 м за лавой конечная величина конвергенции составила 57%, а остаточная высота штрека — 1,77 м.

При анкеровании почвы конвергенция в опережающей очистной забой части штрека возрастала значительно медленнее. Лишь в 20 м перед лавой ее интенсивность примерно сравнялась с интенсивностью конвергенции на незаанкерованном участке. На сопряжении величина конвергенции составила 12%, т. е. была в два раза меньше, чем в первом случае. Снижение конвергенции на 12% было достигнуто за счет того, что пучение почвы уменьшилось на 9%, а опускание кровли — на 3%. Подобное соотношение (3:1) сохранялось по всей зоне конвергенции на значительном удалении от лавы. В 140 м за лавой конечная конвергенция заанкерованного участка штрека равнялась 33%. Снижение конвергенции на 24% соответствовало увеличению остаточной высоты штрека на 0,98 м.

Упрочнение пород почвы анкерами сказалось также на уменьшении сближения боков штрека (рис. 7.16). В 100 м за лавой горизонтальная конвергенция штрека, отнесенная к его начальной ширине, сократилась с 12.5 до 5,3%. Выигрыш в 7,2% соответствует 0,42 м ширины штрека.

Упрочнение почвы анкерованием способствует улучшению состояния зоны сопряжения штрека с лавой при соответствующем облегчении выполнения производственных операций. Вместе с тем, оно экономически выгодно.

Сравнение расходов на подрывку почвы и упрочнение пород почвы анкерованием в выемочном штреке по пласту «Рётгерсбанк» показывает, что применение анкерования позволило сэкономить около 600 марок на 1 м поддерживаемого штрека (табл. 7.7).


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна