Способ сооружения анкерной крепи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОБРЕТЕНИ ОПИСАНИ Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ения, об. Шемякин,Э Штанго 37видетельство СССР 21 Э 21/00 1975 где Н- глубина заполн им магериалом, см; ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Институт горного дела Сиботделения АН СССР(56) 1, Семевский В, Н. и дрвая крепь. М., Недра", 1965,38 2. Авторское с697732, кл. Е (прототип)(54) (57) 1 е СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ АНКЕРНОЙ КРЕПИ, включающий бурь.ние скважин, введение в нее грузонесущего стержня и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение стержня, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью повышенияэксплуатационной надежности крепи засчет улучшения ее рабочей характеристики, перед введением стержня в скважину на нем укрепляют подпорный элемент, а во время заполнения скважины сыпучим материалом и натяжения стержня, на не го оказывают возмущающее силовоевоз-.действие, причем необходимую глубину заполнения скважины сыпучим материадом определяют по формуле Р (6 Ю -(81 ЬЧ),Я 01046531 А р - площадь кольцевого сеч разованного грузонесущим стержнемм и стенками скважины, см, Я периметр сечения скйажины, см 1 д - периметр сечения грузонесущего 4стержня, см;- коэффициент трения между сыпу чим материалом и стенкой скважины; 1 - коэффициент трения между сы пучим материалом и грузонесущим стержнем; ,ф) - коэффициент бокового распора, " - объемный вес сыпучего материала, г/см; Р - проектная несущая способностьанкерной крепи, кН.2, Способ поп. 1, отличакь-, щ и й с я тем, что в качестве возму- Се шающего воздействия на стержень исполь зуют вибрирование с частотой не менее 50 Гц.3. Способ по и. 1, о т д и ч а ющ и й с я тем, что стержень натягивают до усилия, на 10% превышающего . проектные, а затем ослабляют его до ф" цроектного значения. О4. Способно и. 1, отл ич аю- СЛ щ и й с я тем, что в качестве сыпуче- фР го материала используют песок из округ- ей лых зерен прочностью на сжатие не менее 150 МПа, крупностью не более чем О, 2 мм - 20%, не более чем О, 5 мм - 80% всего объема материала. файф5. Способпоп. 1, отличар щ и й с я тем, что подпорный элемент укрепляют на стержне с натягом не ме нее О, 25 кН и вводят в скважину с на тягом не менее 0,5 кН.31 1материалом и натяжение стержня, на него оказывают возмущающее силовое воздействие, причем необходимую глубинузаполнения скважины съпгучим материалом определяют по формуле(Р) -(6 Ьр ФГщв н глубина заполйения скважины сы-пучим материалом, см;Г - площадь кольцевого сечения, образованного грузонесущим стер жнем и стенками скважины, см;5 - периметр сечения скважины, см;периметр сечения грузонесущегостержня, см;коэффициент трения между съшучим материалом и стенкой сква.4 - коэффициент трения между сыпучим материалом и грузонесущимстержнем; .- коэффициент бокового распора;у - объеьжый вес сыпучего материала, г/см;ъ,Ро - проектная несущая способностьанкерной крепи, кН,При этом в качестве возмущающеговоздействия на стержень используют вибрирование с частотой нв менее 50 Гц, астержень натягивают до усилия, на 10%превышающего проектное, и затем ослабляют его до проектного значения, причемв качестве сыпучего материала используют песок из округлых зерен прочностьюна сжатие не менее 150 МПа, крупностьюне более чем 0,2 мм - 20%, не менеечвм О, 5 мм - 80% всего объема материала, а подпорный элемент укрепляютна стержне с натягом не менее О, 25 кНи вводят в скважину с натягом не мвнрв 0,5 кН,На фиг, 1 иизображена схема возведенияанкерной крепи в кровле выработки;на фиг, 2 схема сил, действующих.в анкерной крепи при вв закреплении вскважине.Технология сооружения анкерной крепи заключается в следующем. Поставленная цель достигается твм, 50 что согласно способу сооружения анкерной крепи, включающему бурение скважины, введение в нев грузонесущего стержня и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение 55 стержня, йеред введением стержня в скважину на нем укрепляют поппорньЮ элемент, а во время заполнения скважины съшучим. Прежде чем качать сооружение крепи по формуле рассчитывают необходимую глубину скважины и засыпки ее сыпучим материалом. После этого в кровле выработки бурж скважину 1 (фиг.1). Затем с натягом не менее О, 25 кН на груэонесущем стержне 24 110465Изобретение относится к креплению горных выработок, в частности к способамсооружения анкерной крепи.Известен способ сооружения анкернойкрепи, включающий бурение скважины,5установку на анкерный стержень стакана,заполнение его крупнозернистым песком,шариками или дробью, введение стервь.ня со стаканом в скважину и расклинивание в ней11 .10Основным недостатком анкерной крепи, возведенной таким способом, является концентрация напряжений в дород-,ном массиве в окрестности стакана.Зто приводит к нарущению массива наконтакте со стаканом и, как следствие,к проскальзыванию последнего,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности. и достигаемомурезультату является способ сооруженияанкерной крепи, включающий бурениескважины, введение в нее грузонесущегостержня и подпорного элемента, задолнение скважины сыпучим материалом инатяжение стержня 2.25Известный способ существенно упрощает .процесс сооружения анкерной крепи, однако, также имеет ряд недостатков. Применение породной крошки не обеспечивает недежного закрепления анкеРа в скважине, Это объясняется тем, что дробленаякрошка не может быть плотно уложена вмалый зазор между грузонесущим стервнем и стенкой скважины, а также имеетострые грани и углы, которые в результате концентрации напряжений,при приложении нагрузок к опорному элементу начинают разрушаться, Все это приводитк смещениям опорного элемента в процессеиагружения. Если высота засыпки породной крошки мала, то при некотором,40критическом значении нагрузки, приклады 4ваемой к грузонесущему стержню и опорному элементу, подпорный элемент срывается, анкер перестает воспринимать нагрузку и выпадает из скважины.45Целью изобретения является повышениеэксплуатационной надежности крепи засчет улучшения ее рабочей характеристйки,.з 10465 укрепляют подпорный элемент 3 и в сборе вводж их в скважину 1, обеспечивая при этом между стенками скважины 1 и подпорным элементом 3 натяг не менее 0,50 кН. К выступаюше- му концу грузонесущего стержня 2 присоединяют вибратор 4, который затем включают и через отверстие 5 в подпор ном элементе 3 заполняют пространство между опорным элементом 6, грузоне О сущим стержнем 2, стенками скважины 1 и пещерным элементом 3 сыпучим материалом 7. После заполнения отверстие 5 подпорного элемента 3 закрывают. Отсоединяют вибратор 4 от грузонесущего стержня 2, надевают на его свободныйконец подхват 8 и навинчивают гайку 9. Затем к выступаюшему концу стержня снова присоединяют вибратор 4, включают его и натягивают гайкой 5 рО грузонесущий стержень до усилия, на 10% превышающего проектную несущую способность крепи Р . После этого выключают вибратор 4, отсоедищаот его от грузонесущего стержня и ослаблением 25 гайки 5 снижают усилие в грузонесушем стержне до проектного Ро .При приложении силы Р (фиг.2) к гру зонесущему стержню 2 ее воздействие передается через опорный элемент 6 на сыпучий материал 7 в скважине 1. В результате этого между стенками скважины 1, грузонесущим стержнем 2 и сыну чим материалом 7 на длине Ь развиваются дополнительные силы трения Т 35 и силы бокового распора Й. Чем боль шая сина Р прикладывается к грузонесушему стержню 2, тем больше указанные силы Т и Р и тем большие радиальные напряжения (, развиваются в мас О сиве горных пород в окрестности скважины, Рост напряженийб с увеличением силы Р способствует закрытию трещин в массиве (если они есть) и, следовательно, упрочнению последнего. В силу 45 свойств сыпучих материалов рост дополнительных сил Р и напряжений б сыровождается одновременным увеличением длины участка зашемления Ь грузонесущего стержня 2, на котором они развиваются - суммарная, удерживая анкер в скважине, сила и несущая способность заделки анкера резко возрастают. За счет такого включения в работу все большего участка скважины Ь максимальные 55 напряжения брастут медленно и не досМтигают критических значений, равных прочности пород на сжатие, Поэтому 31 4крепь, сооружаемая предлагаемым спо собом, представляет "самонастраивающуюся систему анкер - сыпучий мате риал - горная порода, которая по мере увеличения силы Р увечичивает несущую способность, обеспечивает размыв напряжений по длине скважины и искаочение реализации пиковых нагрузок, имеющих место при известных способах сооружения анкерных крепей.П р и м е р. Кровля закрепляемой капитальной выработки была представлена трещиноватым песчаником с прочностью на сжатие 160 МПа, Для заполнения скважины использовали кварцевый песок (речной окатанный) с утлом внутреннего трения 30,= 1, 6 т/см и гранулоЭ метрическим с уставом: 80% частиц крупностью до О, 5 мм, 20% частиц круп костью до 0,2 мм, который, как показали исследования, является оптимальным, обеспечивающий после виброушютнениаполучение компактнойструктуры угол трения песка по стали 25, а песка по песчанику - 32. Скважины бурили стандартными буровыми коронками диаметром 42 мм. Проектная несущая спо собность анкера Ро составляла 100 кН, Диаметр грузонесущего стержня, при прочности стали на растяжение 280 Мпа, 22 мм. Диаметр опорного элемента выб ран равным 41 мм, его высота 45 мм. Для уплотнения сыпучего материала ио пользован вибратор марки ВПмао сой О, 8 кг с частотой колебаний 50 Гц, при котором, как показали опьггы, обра зуется наиболее компактная структура сыпучего материала. Глубина засыпки, рассчитанная по формуле, составила около 92 см. Учитывая, что породы на контуре выработки были трешиноватыми, из опасения высыпания песка по трещи нам, длину подпорного элемента из дере ва приняли равную 20 см. С учетом длины подпорного элемента 20 см, длины опорного элемента 4, 5 см и требования о глубине засыпки песком более 92 см,глубина скважины принята равной 160 см,Деревянные подпорные элементы были изготовлены из расчета обеспечения натяга при установке их в скважину О, 50 кН, и грузонесущих стержней в них - О, 25 кН.Меньшие натяги, как показали опыты, при вибрировании не обеспечивают закреа ления в скважине грузонесущего стержняи подпорного элемента. Для обеспечения натяга отверстия вподпорных элементах были просверлены310465 диаметром на О, 5 мм меньше, чем диаметр грузонесущих. стержней, а наружный диаметр подпорных элементов был выполнен на 1 мм больше диаметра скважины. После насадки поднорньк 5 элементов на стержни и окончания бурения скважин осуществляли сооружение анкерной крепи. Для этого каждый анкер в сборе с подпорным элементом устанавливали в скважину (с натягом 0,8 кН), присоединяли к его концу вибратор и цри включенном вибраторе с помощью приспособления заполняли через дополнительное отверстие в подпорном элементе скважину песком, Далев закрывали отверстие, 15 отсоединяпи приспособление для наполнения скважины, выключали вибратори снимали его с анкера. После этого надевали на конец, анкера подхват, навин- чивали гайку, вновь присоединяли к ан керу вибратор и при работающем вибраторе, с помощью динамометрического ключа натягивали анкер до усилия 110 кН (на 10% превышающего проектное) для предварительного обжатия сыпучето материала. После этого вибратор вьпцпочали, снимали с грузонесущвго стержняи снижали усилие в анкере до проектного =100 кН. В процессе натяжениязамеряли смещения анкера за счет;уплотнения песка в скважине с помощьюиндикатора часового типа. Всего такимспособом было сооружено Ы анкеров.Кроме этого, для сравнения было установлено 2 анкера с заполнением скважинраздробленными горными породами. Впоследнем случае также применяли вибрирование. Результаты сравнения показали, что при сооружении анкера предлагаемым способом обеспечивается жесткое закрепление анкера в массиве ужепри нагрузках равных примерно 70 кН, Использованиб при сооружении анкеров твм жв способом породной крошки (даже с вибрационным уплотнением " ее) не привелок их жесткому закреплений.1046531 оставитель Б, УсанРедактор Г, Волкова Техред М. Гергель Зака о Корректор А йзбио з 7В 03о коми одписно т 5, Раушская наб., д илиал ППП "Патент 693/36 Тираж НИИПИ Государственно по делам изобретений 3.3035, Москва, ЖУжгород, ул. Проектная,