Способ сооружения анкерной крепи Советский патент 1983 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к креплению го ных выработок, в частности к способам сооружения анкерной крепи. Известен способ сооружения анкерной крепи, включающий бурение скважины, установку на анкерны:й стержень стакана, заполнение его крупнозернисть М песком, шариками или дробью, введение отерн ня со стаканом в скважину и расклинивание в Hefl.lJ, Основным недостатком анкерной крепи, возведенной таким способом, является конценгфация напряжений й породном массиве в окрестности стакана. Это приводит к нарушению массива на контшсте со стаканом и. Как следствие, к проскальзьшаншо последнего. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ сооружения анкерной крепи, включающий бурение скважины, введение в нее грузонесущего стержня и подпорного элемента, заполн. некие скважины сьшучим материалом и натяжение стержня| 25. Известный способ существенно упроща процесс сооружения анкерной крепи, одна ко, также имеет ряд недостатков. Применение породной крошки не обеспечивает закрепления анкера в скважине. Это объясняется тем, что дроблена крошка не может быть плотно уложена в малый зазор между грузонесущим стержнем и стенкой скважины, а также имеет острые грани и углы, которые в резуль тате юэнцентрацин напряжений .при приложении нагрузок к опорному элементу начинают разрушаться. Все это приводит к смещениям опорного элемента в процеос нагружения. Если высота засьшки породной крошки мала, то при некотором критическом значении нагрузки, приклады ваемой к грузонесушему стержню и onofH ному элементу, подпорный элемент срыва ется, анкер перестает воспринимать наг рузку и выпадает из. скважины. Целью изобретения является повышени эксплуатационной надежности крепи за счет улучшения ее рабочей характеристики Поставленная цель достигается тем, что согласно способу со ружения анкерной крепи, включающему бурение скважины, введение в нее грузонесущего стержня и подпорного элемента, заполнение скважи. ны сьшучнм материалом и нат51женне стержня, йеред введением стержня в скв& жину на нем укрепляют поппорный элемент, а во время заполне1тя скважины сьшучим материалом и натяжение стержня, на н&го оказывают возмущающее силовое воздействие, причем необходимую глубину заполнения скважины сьшучим материалом определяют по формуле F п. r M lH5ili r TF. S5Vsa,4 f 0,-IPoгде Н - глубина заполнения скважины сьн пучим материалом, см} F - площадь кольцевого сечения, образованного грузонесущим стер. и стенками скважины, S - периметр сечения скважины, см; 5 - периметр сечения грузонесущего стержня, см; t, f - коэффициент трения между сьтучим материалом и стенкой скввгжиньчf - коэффициент трення между сьшу чим мате риалом и грузонесущим стержнем; . fj - коэффициент бокового распора; f - объемшдй вес сыпучего материала, 0 проектная несущая способность анкерной крепи, кН. При этом в качестве возмущающего воодействия на стержень используют вибрирование с частотой не менее 5О Гц, а стержень натягивают до усилия, на iO% превышающего проектное, и затем ослабляют его до проектного значения, причем в качестве сыпучего материала используют песок из ощэуглых зерен прочностью на сжатие не менее 150 МПа, 1фупностью не более чем О, 2 мм 20%, не менее чем 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 м&нэе О, 5 кН. На фиг. 1 изображена схема возведения анкерной врепи в кровле выработки; на фиг. 2 - схема сил, действующих в анкерной 1фепи нри ее закреплении в скважине.- . , Технология сооружения анкерной креаш заключается в следующем Прежде, чем начать сооружение крепи по формуле рассчитывают необходимую глубину скважины и засыпки ее сьшучим материализм. После этого в кроопв выработки бурят скважину 1 (фнг.1). Затем с натягом не менее О, 25 грузонесущем стержне 2 укрепляют подпорный элемент 3 и в сборе вводят их в скважину 1, обеопечивая при этом между стенками скважины 1 и подпорным элементом 3 не менее 0,5О кН. К выступаюшег му концу грузонесущего стержня 2 npi соединяют вибратор 4, который затем включают и через отверстие 5 в подпорном элементе 3 заполняют пространство между опорным эпемексгом 6, грузонесушим стержнем 2, стенками скважины и подпорным элементом 3 сыпучим материалом 7, После заполнения отверстие 5 подпорного элемента 3 закрывают Отсоединяют вибратс 4 от грузонесущего стержня 2, надевают на его свободный конец подхват 8 и навинчивают гайку 9, Затем к выступающему концустержня снова присоединяют вибратор 4, включают его и-натягивают гайкой 5 грузонесущий стержень до усилия, на 1 превышающего проектную несущую способность крепи РО . После этого выключают вибратор 4, отсоединяют его от грузонесущего стержня и ослаблением гайки 5 снижают усилие в грузонесущем стержне до проектного о . При приложении силы Р (фиг. 2) к гр зонесушему стержню 2 ее воздействие передается через опорный элемент 6 на сьшучий материал 7 в скважине 1. В результате этого между стенками скваж ны 1, грузонесущим стержнем 2 и сыпу чим материалом 7 на длине Ь разв ваются дополнительные силы трения Т и силы бокового распора R, Чем сила Р прикладывается к грузонесу тему стержню 2, тем больше указа ные силы Т и R и тем большие радиалнаные напряжения (5 развиваются в маосине горных пород в 01фестцости скважи ны. Рост напряжений G с увеличением силы Р способствует закрытию трещин в массиве (если они есть) и, следойательно, упрочнению последнего. В силу свойств сьшучих материалов рост дополнительных сил Р и напряжений Ог сопровождается одновременным увеличением длины участка защемления U грузонесущ го стержня 2, на котором они развив ются - суммарная, удерживая анкер в скважине, сшш и несущая способность заделки анкера резко возрастают. За счет такого включения в работу все бол шего участка скважины Ь максимальные напряжения (J pacryr медленно и не доо тигают критических значений, равных прочности пород на сжатие. Поэтому крепь, сооружаемая предлагаемым способом, представляет самонастраивающуюся систему анкер - сыпучий мат риал - генная , которая по мере увеличения силы Р увепичивает несущую способность, обеспечивает размыв напряжений по длине скважины и исклх чение реализации пиковых нагрузок, имеющих место при известных способах сооружения анкерных крепей. Пример. Кровля закрепляемой капитальной выработки была предстввлена трещиноватым песчаником с прочностью на сжатие 160 МПа. Для заполнения скважины использовали квархевый песок (речной окатанный) с углом внутреннего трения ЗО I J 1, 6 т/см и гранулометрическим составом: 8О% частиц крупностью до О, 5 мм, 20% частиц tcpyaностью до 0,2 мм, который, как показали исследования, 5шляется оптимальным, обеспечивающий после виброутшотнения получение компактной структуры угол трения песка по стали 25 , а песка по песчанику - 32. Скважины бурили стандартными буровыми коронками . метром 42 мм. Проектная несущая способность анкера PQ составляла 10О кН« Диаметр грузонесущего стержня, при прочности стали на растяжение 28О Мпа, 22 мм. Диаметр опорного элемента выбран равным 41 мм, его высота 45 мм. Для уплотнения сьшучего материала иопользован вибратор марки ВП-1 маосой О, 8 кг с частотой колебаний 5О Гц, при котором, как показали опыты, обра- зуется наиболее компактная структура сыпучего материала. Глубина засыпки, рассчитанная по формуле, составила . около 92 см. Учитывая, что породы яв контуре выработки были трещиноватыми, , из опасения высьшания песка по трещинам, длину подпорного элемента из дере ва приняли равную 20 см. С учетом дл ны подпорного элемента 20 см, длины опорного элемента 4, 5 см и требования о глубине засьшки песком более 92 см, глубина скважины принята равной 160 CM.i Деревянные подпорные элементы были изготовлены из расчета обеспечения в тяга при установке их в скважину О, 5О кН, и грузонесущих стержней в них - О, 25 кН. Меньшие натяги, как показали опыты, 1ФИ вибрировании не обеспечивают аакреп .ления в скважине грузонесущего стержня и подпорного элемента. Для обеспечения н атяга отверстие в подпорных элементах были цросверлеяы 104 диаметром на О, 5 мм меньше, чем диаметр грузонесущих стержней| а наружный дишетр подпорных элементов был выполнш на 1 мм больше диаметра скважины. После насадки подпорных элементов на стержни и окончания бурения скважин осуществляли сооружение анкерной крепи. Для этого каждый анкер в сборе с подпечным элементом устанавливали в скважину (с натягом 0,5 кН), присоединяли к его концу вибратор и при включенном вибраторе с помощью приспо собления заполняли через дополнительное отверстие в подпорном элементе скважину песком. Далее за1фьюали отверстие, отсоединяли приспсюобление для наполнения скважины, выключали вибратор | и снимали его с анкера. После этого надевали на конец, анкера подхват, навин чивали гайку, вновь присоединяли к анкеру вибратор и при ра6ота эщем вибраторе, с помощью динамометрического ключа натягивали анкер до усилия 110 кН (на 10% превьпиаюшего проектное) для 16 предварительного обжатия сыпучего . После этого вибратор выключали, снимали с 1Т)узонесуще(го стержня и снижали усилие в анкере до проевгногор 1ОО кН. В процессе натяжения замеряли смещения анкера за счет уплотч нения песка в скважине с помощью индикатора часового типа. Всего таким способом было сооружено 11 анкеров, Кроме этого, для сравнения было установлено 2 анкера с заполнением скважин раздробленными гюрными псфодами. В последнем случае также применяли вифи рование. Результаты сравнения показали, что при сооружении анкер а предлагаемым способом обеспечивается жесткое заврепл&ние анкера в массиве уже при нагрузках равных примерно 7О кН, Использований при сооружении анкеров тем же способом породной крошки (даже с вибрационным уплотнением ее) не тфивело к их жес ткому аавретшени.

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.