Анкерная крепь

АНКЕРНАЯ КРЕПЬ (а. anchorage, roof bolting; н. Ankerausbau, Gebirgsanker, Anker; ф. boulonnage, ancrage; и. anclaje) — горная крепь, основной элемент которой металлический, железобетонный, полимерный или деревянный стержень (анкер), закреплённый в шпуре (скважине).

Предназначена для упрочнения массива горных пород и повышения устойчивости его обнажений путём скрепления различных по прочности породных слоев. Первые сведения о применении анкеров для крепления горных выработок относятся к 1900, когда на угольной шахте в Верхней Силезии были использованы деревянные клинощелевые анкеры. Опыты с применением стальных анкеров для крепления штреков проведены в Нидерландах, Германии, Великобритании, США ещё перед 1-й мировой войной 1914-18. Промышленное использование анкерной крепи началось после 2-й мировой войны 1939-45.

При подземной разработке месторождений полезных ископаемых анкерной крепи применяют для крепления капитальных, подготовительных и очистных горных выработок (независимо от формы, поперечного сечения и срока службы) самостоятельно или в сочетании с рамными крепями; используют также как средство борьбы с пучением пород почвы, укрепления угольного или породного массива, который впоследствии должен разрушаться комбайном (полимерная и деревянная анкерная крепи), для предотвращения отжима угля в очистных забоях, подвески труб различного назначения и закрепления горно-шахтного оборудования. Различают анкерные крепи с закреплением анкеров в донной части шпура, скважины (точечное закрепление) с помощью различных механических замков и по всей длине или значительной её части (сплошное закрепление) химическими составами на основе синтетических смол, цементными (песчано-цементными) растворами, с помощью энергии взрыва. В CCCP распространение получила анкерная крепь с точечным закреплением анкеров (типа ШК, AK-8, АД-1, AP-2, ЭС-2), которую целесообразно применять в породах с прочностью на одноосное сжатие не ниже 29 МПа. Она состоит из металлического анкера (рис. 1) длиной 0,8-2,5 метров и диаметром 20 мм, имеющего на одном конце (в замковой части) клиновидную головку, на другом — резьбу, двух полумуфт, опорной плиты и натяжной гайки.

Анкерные крепи со сплошным закреплением анкеров целесообразно применять в слабых неустойчивых горных породах прочностью на одноосное сжатие менее 29 МПа; не исключается применение и в более крепких породах. При закреплении анкеров химическим составом (рис. 2) в скважину вводится необходимое количество ампул с химическим закрепителем (смола и отвердитель), а затем стержень, вращаемый с помощью сверла или перфоратора и подаваемый ко дну скважины.

Оболочка ампул разрывается, их содержимое перемешивается. После затвердения химического состава и закрепления анкера устанавливают опорную плиту, создают предварительное натяжение гайкой. При закреплении анкеров (железобетонных) цементными (песчано-цементными) растворами последние подаются в скважину в ампулах или специальным насосом. Анкеры, закрепляемые энергией взрыва (в стадии промышленного освоения), представляют собой металлическую трубу, заполненную взрывчатым веществом. Помещённый в скважину трубчатый анкер после взрывания заряда взрывчатых веществ развальцовывается, принимая форму скважины, и прочно закрепляется. Несущая способность анкера: с точечным закреплением 49-69 кН, со сплошным — 147-196 кН. Применение анкерной крепи позволяет в 2- 2,5 раза снизить трудоёмкость работ по креплению (по сравнению с рамными крепями); значительно снижается расход крепёжных материалов. В подземном транспорте и гидротехническом строительстве анкерная крепь служит для стабилизации массива горных пород в процессе строительства, а иногда и эксплуатации подземного сооружения.

Применение анкерной крепи возможно как в крепких скальных породах, так и нарушенных полускальных при достаточно ровном контуре выработки. Анкерные крепи можно использовать в сочетании с другими видами крепи: полигональной, арочной или из набрызг-бетона. В анкерной крепи используют металлические анкеры с замковыми устройствами (клинощелевые и распорные), железобетонные (набивные, нагнетаемые, "перфо") и полимербетонные, закреплённые по всей глубине шпура (рис. 3, а, б, в).

В выработках большого поперечного сечения устанавливают предварительно напрягаемые железобетонные анкеры (рис. 3, г), которые вступают во взаимодействие с массивом породы до проявления в ней деформаций. Железобетонные и полимербетонные анкеры могут входить в состав постоянной крепи подземных выработок. Анкеры располагают преимущественно в сводовой части выработки: в радиальном направлении в однородных трещиноватых породах, вкрест простиранию пластов и трещин в слоистых породах; шаг установки вдоль и поперёк тоннеля одинаков. Во избежание местных вывалов породы между анкерами по контуру выработки подвешивают стальную сетку с ячейками 0,05х0,05, 0,1х0,1 м, а иногда устанавливают металлические подхваты. Длина ненапрягаемых анкеров 1,5-4 м, напрягаемых — 5-15 м. Несущая способность ненапрягаемых анкеров металлических 59-78 кН, железобетонных 98-118 кН, напрягаемых 294-980 кН и более. Основные преимущества анкерной крепи (по сравнению с арочной крепью): большие возможности механизации подземных работ, экономия (из расчёта на 1 м длины тоннеля) 300-1500 кг металла, 0,7-2,5 м³ древесины.