Способ сооружения анкерной крепи

 

1. СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ АНКЕРНОЙ КРЕГШ, включающий бур&. ние скважин, введение в нее грузонесу - щего стержня и подпорного элемента, заполнение скважины сьшучим матерв лом и натяжение стержня, о т л и ч а и и с я тем,, что, с целью повышения аксплуатационной надежности крепи за . счет улучшения ее рабочей характеристики , перед введением стержня в скважину на нем укрепляют подпорный элемент, а во время заполнения скважины сьшучим , материалом и натяжения стержня, на не го оказывают возмущающее силовое действие, причем необходимую глубину заполнения скважины сьшучим материалом определяют по формуле )() D Н7 -evi ,iVi TF -(), где Н-глубина заполнения скважины сьшу - -,чим материалом, CMJ, р - шюшадь кольцевого сечения, образованного грузонесушим стерзкнем и стенкамв скважины, см 5 - периметр сечения С1 ажш1ы, сы 5 - периметр сечешгя грузонесушего , см; f - коэффициент трения между MSfre vanoM и стеякой скв жтавл; f - K09(j |)Ш1иент трения между сь пучим материалов в грузонесушим стержн ъ - коэффициент бокового распора; У - объемный вес сыпучего материала , проектная несущая способность анкерной крепи, кН. 2.Способ п. 1, отличаю-, щ и и с я тем, что в качестве возму тающего воздействия на стержень исполь зуют вибрирование с частотой не менее 5О Гц. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что стержень натягив О 4;: ют до усилия, на 10% прешлиаюшего . щзоектные, а затем ослабляют его до О5 проектного значения. О1 4.Способ по п. 1, о т л и ч а . оо щ и и с я тем, что в качестве сьшуч гр материала используют песок из Ькру1 лых зерен прочностью на сжатие не м&нее 15О МПа, 1фупностью не более чем О, 2 мм - 20%, не более чем О, 5 мм - 80% всего объема материала, 5.Способ по п. 1, о т л и ч а ( щ и и с я тем, что подпорный элемент укрепляют на стержне с натягом не менее О, 25 кН и вводят в скважину с Я нтягом не менее О, 5 кН.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 34077 60/22-03 (22) 11. 03. 82 (46) 07. 10. 83. Бюл. № 37 (72) С. Б. Стажевский, Е. И. Шемякин, Н. Д. Юрьев, В. А. Коваленко, П. Т. Гайдин и В. Н. Власов (71) Институт горного дела Сибирского отделения АН СССР (53) 622.281. 74 (088. 8) (56) 1, Семевский В. Н. и др. Штанговая крепь. М., Недра", 1965, с. 3738в

2. Авторское свидетельство СССР № 697732, кл. Е 21> 21/00, 1975 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ

АНКЕРНОЙ КРЕПИ, включающий буре- ние скважин, введение в нее грузонесу щего стержня и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение стержня, о т л и ч а 1о» шийся тем,, что, с целью повышения эксплуатационной надежности крепи за

° счет 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 нег го оказывают возмущающее силовое воз-. действие, причем необходимую глубину заполнения скважины сыпучим материалом определяют по формуле „ (SS3) -(9>2<5) д,„

0 P„+ гдеН-глубина заполнения скважины съшу

;чим магериалом, см;

„.SUÄÄ 1046531 А

F - плошадь кольцевого сечения, образованного грузонесущим стер.жнем и стенками скважины, см, Я» периметр сечения скважины, см

g - периметр сечения грузонесушего

4 стержня, см;

f — коэффициент трения между сыпу чим материалом и стенкой скважины;

1,, - коэффициент трения между сы» пучим материалом и грузонесу»шим стержнем; коэффициент бокового распора, " - объемный вес сыпучего материала, г/см;

p - проектная несущая способность анкерной крепи, кН.

2. Способ поп. 1, отлич акын-, шийся тем, что в качестве возму- . шающего воздействия на стержень исполь-зуют вибрирование с частотой не менее 50 Гц

3. Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что стержень натягивают до усилия, на 10% превышающего . проектные, а затем ослабляют его до цроектного значения. Cb

4. Способпоп. 1, отличаю- (,Д ш и и с я тем, что в качестве сыпуче- ф го материала используют песок из округ- м4 лых зерен прочностью на сжатие не мвнее 150 МПа, крупностью не более чем О, 2 мм - 20%, не более чем

О, 5 мм - 80% всего объема материала.

5. Сцособпоп. 1, отл ича @ ш и и с я тем, что подпорный элемент укрепляют на стержне с натягом не ме нее О, 25кН и вводят в скважину с на тягом не менее 0,5 кН.

1 10465

Изобретение относится к креплению гор. ных выработок, s частности к способам сооружения анкерной крепи.

Известен способ сооружения анкерной крепи, включающий бурение скважины, 5 установку на анкерный стержень стакана, заполнение его крупнозернистым песком, шариками или дробью, введение стврм ня co стаканом в скважину и расклинивание в ней (1J .

Основным недостатком анкерной кре пи, возведенной таким способом, является концентрация напряжений св пород-, ном массиве в окрестности стакана.

Зто приводит к нарушению массива на контакте со стаканом и, как следствие, к проскальзыванию последнего.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности . и достигаемому результату является способ сооружения анкерной крепи, включающий бурение скважины, введение в нее грузонесушего стержня и подпорного элемента, зацол пение скважины сыпучим материалом и натяжение стержня 2).

Известный способ существенно упрощает . процесс сооружения анкерной крепи, одна ко, также имеет ряд недостатков. При менение породной крошки не обеспечивает недежного закрепления анкеРа в скважине. Это объясняется тем, что дробленая крошка не может быть плотно уложена в малый зазор между грузонесушим стерн« нем и стенкой скважины, а также имеет острые грани и углы, которые в результате концентрации напряжений,при приложении нагрузок к опорному элементу начинают разрушаться. Все это приводит к смешениям опорного элемента в процессе иагружения. Если высота засыпки породной крошки мала, то при некотором ,40 критическом значении нагрузки, приклады 4 ваемой к грузонесушему стержню и опорному элементу, подпорный элемент срывается, анкер перестает воспринимать наг рузку и выпадает из скважины.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности крепи за счет улучшения ее рабочей характеристйки..

ЗХ 1 материалом и натяжение стержня, на него оказывают возмущающее силовое воздействие, причем необходимую глубину заполнения скважины съпгучим материалом определяют по формуле (И) -# 4 Ч )

Нт „ „Ь

° О, ро Ф,Р „

rge и глубина заполйения скважины сы пучим материалом, см;

F - плошадь кольцевого сечения, образованного грузонесушим стер ж нем и стенками скважины, см;

5 - периметр сечения скважины, см; периметр сечения грузонесущего

1 стержня, см; коэффициент трения между съшучим материалом и стенкой сква» жинья

Ф

- 4 - коэффициент трения между сыпучим материалом и грузонесушим стержнем; .

- коэффициент бокового распора; у объеьжый вес сыпучего материала, г/см; ъРе - проектная несущая способность анкерной крепи, кН.

При этом в качестве возмущающего воздействия на стержень используют вибрирование с частотой нв менее 50 Гц, а стержень натягивают до усилия, на 10% превышающего проектное, и затем ослабляют его до проектного значения, причем

s качестве сыпучего материала используют песок из округлых зерен прочностью на сжатие не менее 150 МПа, крупностью не более чем О, 2 мм - 20%, не менее чвм О, 5 мм - 80% всего объема материала, а подпорный элемент укрепляют на стержне с натягом не менее О, 25 кН и вводят в скважину с натягом не менее 0,5 zH.

На фиг 1 изображена схема возведения анкерной крепи в кровле выработки; на фиг, 2 «схема сил, действующих .в анкерной крепи при ее закреплении в

:скважине.

Технология сооружения анкерной крепи заключается в следующем.

Поставленная цель достигается твм, что согласно способу сооружения анкерной крепи, включающему бурение скважины, введение в ивв грузонесушвго сгержня и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом и натяжение 55 стержня, перед введением стержня в скважину на нем укрепляют поппорньЮ элемент, а во время заполнения скважины съшучимПрежде, чем качать сооружение Крепи по формуле рассчитывают необходимую глубину скважины и засыпки ее сыпучим материалом. После этого в кровле выработки бурш скважину 2. (фиг.1). Затем с натягом не менее

О, 25 кН на груэонесушем стержне 2 с з 10465 укрепляют подпорный элемент 3 и в сборе вводят 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- щ 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 P . После этого выключают вибратор 4, отсоединяаот его от грузонесушего стержня и ослаблением 25 гайки 5 снижают усилие в грузонесущем стержне до проектного Po .

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. B результате этого между стенками скважины 1, грузонесущим стержнем 2 и сыну чим материалом 7 на длине 4 развиваются дополнительные силы трения Т 35 и силы бокового распора R. Чем боль шая сина Р прикладывается к грузонесушему стержню 2, тем больше указанные силы Т и A. и тем большие радиальные напряжения (, развиваются в мас- 4О 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 P и напряжений б сопровождается одновременным увеличением длины участка зашемления L грузонесущего стержня 2, на котором они развиваются - суммарная, удерживая анкер в скважине, сила и несушая способность заделки анкера резко возрастают. За счет такого включения в работу все большего участка скважины Ь максимальные 55 напряжения Q> растут медленно и не досМ тигают критических значений, равных прочности пород на сжатие, Поэтому

31 4 крепь, сооружаемая предлагаемым спо .собом, представляет "самонастраиваю. щуюся систему анкер - сыпучий мате риал - горная порода, которая по мере увеличения силы Р увечичивает несущую способность, обеспечивает размыв напряжений по длине скважины и искшэчение реализации пиковых нагрузок, имеющих место при известных способах сооружения анкерных крепей.

Пример. Кровля закрепляемой капитальной выработки была представлена трещиноватым песчаником с прочностью на сжатие 160 МПа Для заполнения скважины использовали кварцевый песок (речной окатанный) с ут лом внутреннего трения 30, = 1, 6 т/см и грануло 3 метрическим с уставом: 80% частиц крупностью до О, 5 мм, 20% частиц spya костью до 0,2 мм, который, как показали исследования, является оптимальным, обеспечиваюший после виброушютнения получение компактной структуры 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 ВП-1 мао» 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 sa контуре выработки были трещиноватыми, 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 закрен ления в скважине грузонесущего стержня и подпорного элемента.

Для обеспечения натяга отверстия в подпорных элементах были просверлены

В 10465 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 элементов на стержни и окончания бурения скважин осуществляли сооружение анкерной крепи. Для этого каждый анкер

8 сборе с подпорным элементом устанавливали в скважину (с натягом 0,8 кН), присоединяли к его концу вибратор и при включенном вибраторе с помощью приспособления заполняли через дополнительное отверстие в подпорном элементе скважину песком. Далев закрывали отверстие, 15 отсоединяпи приспособление для наполнения скважины, выключали вибратор . и снимали его с анкера. После этого надевали на конец, анкера подхват, навинчивали гайку, вновь присоединяли к ан- 20 керу вибратор и при работающем вибраторе, с помощью динамометрического ключа натягивали анкер до усилия 110 кН (на 10% превышающего провансе) для предварительного обжатия сыпучего материала. После этого вибратор выключали, снимали с грузонесущего стержня и снижали усилие в анкере до проектного =100 кН. В процессе натяжения замеряли смещения анкера за счет;уплот нения песка в скважине с помощью индикатора часового типа. Всего таким способом было сооружено LL анкеров.

Кроме этого, для сравнения было установлено 2 анкера с заполнением скважин раздробленными горными породами. В последнем случае также применяли вибри рование.

Результаты сравнения показали, что при сооружении анкера предлагаемым способом обеспечивается жесткое закрепление анкера в массиве уже при нагрузках равных примерно 70 кН. - Использованиб при сооружении анкеров твм же способом породной крошки (даже с вибрационным уплотнением " ее) нв привело ! к их жесткому закреплениФ.

1046531

Заказ 7693/36 Тираж 603

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Б. Усан-Подгорнов

Редактор Г. Волкова Техред М. Гергель Корректор А йз око