Спосіб установки породного анкеру

1. Спосіб установки породного анкеру, що включає буріння шпуру, досилання анкеру в шпур, закріплення анкеру в шпурі і встановлення затяжної гайки на дільниці анкеру, що виступає в порожнину виробки, що відрізняється тим, що анкер досилають в шпур не повністю, причому дільниця між устям шпуру і затяжною гайкою, що виступає в 30194 Відомий піддатливий анкер по патенту Росії 20048815 М. Кл. E21D21/00, складається з розпірної головки і піддатливої втулки з гайкою, що самозгвинчується. На кінці анкеру, нагвинчена затяжна гайка. Анкер вставляють в шпур і затягають затяжну гайку до упору з породним оголенням. При зміщенні порід гайка, що самозгвинчується обертається всередині піддатливої втулки, що призводить до подовження анкеру і забезпечення його піддатливість. Недоліком даного пристрою є те, що анкер утримується в двох точках: в глибині шпуру з допомогою розпірної головки і на усті з допомогою затяжної гайки. В результаті порода сама вибирає місце для довільного розшарування по всій довжині шпуру. В підсумку зміщення породи не піддаються керуванню і розподіляються непередбачене. А також тяжко забезпечити синхронність зміщення порід на тих дільницях, де потрібні жорсткі анкери і на тих, де працюють піддатливі. В якості прототипу вибраний спосіб кріплення покрівлі, при якому підтримують покрівлю шляхом застосування анкера для підтримання покрівлі зі слизькою трубкою відомий по опису з (VandeKraats J., Watson S. Direct laboratory tensile testing of select yeilding rock bolt systems / Proceedings 15 International conference on ground control in mining. Colorado, Golden, 1996, pp. 324, fig. 4.5.). Анкер вставляють в шпур, нагнітають полімерну смолу для закріплення стрижня в шпуру і затягають гайку на трубці до упору в породне оголення. При дії гірського тиску породи розшаровуються і зміщаються в порожнину виробки знімаючи при цьому трубку зі стрижня анкеру. Після вичерпання піддатливості трубка знімається з анкеру повністю, в результаті чого анкер не може далі виконувати функції по опору подальшому зміщенню порід. Недоліком способу-прототипу є те, що важко забезпечити регульований опір зміщенню порід аж до декількох десятків кілоньютон (20-30 кН). При такому опорі анкер взагалі не виконає свої функції по управлінню зміщенням породи. Реально же опір анкеру прототипу складає 160-180 кН. Такий великий опір просто зупинить зміщення порід на тих дільницях, де його навпаки, потрібно спровокувати, щоб зрівняти з тими, що відбуваються на інших дільницях контуру. В підсумку даний спосіб погано пристосований для створення ефекту саморозклинення порід на контурі виробки з метою застосування його для стійкості виробки. Загальними ознаками прототипу і способу кріплення, що пропонується є: буріння шпуру; досилання анкеру в шпур; закріплення анкеру в шпуру; встановлення затяжної гайки на дільниці анкеру, що виступає в порожнину виробки. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу застосування породного анкеру в складних гірничо-геологічних умовах за рахунок того, що анкер досилають в шпур не повністю, а забезпечуючи ступінь свободи. Це дозволить збільшувати його піддатливість і управляти зміщенням порід, при якому воно спочатку провокується без помітного опору, а після цього стабілізується по мірі вирівнювання зміщення по всьому контуру виробки. Цим досягається ефект самозаклинення порід у контуру виробки, що підвищує її стійкість. Поставлена задача досягається тим, що в відомому способі установки породного анкеру, що включає буріння шпуру, досилання анкеру в шпур, закріплення анкеру в шпурі і встановлення затяжної гайки на дільниці анкеру, що виступає в порожнину виробки, згідно винаходу анкер досилають в шпур не повністю, причому залишають дільницю, що виступає в порожнину виробки довжиною 0,010,5 від загальної довжини анкеру. Означені ознаки складають суттєвість винаходу, бо є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату - регулювання зміщенням порід, при якому воно спочатку провокується без помітного опору, а після цього стабілізується по мірі вирівнювання зміщень по всьому контуру виробки. Доцільно дільницю анкеру, що виступає в порожнину виробки загнути на кут до 90°. При цьому загнути його по дузі кола або в вигляді просторового гвинта. Довжина дільниці анкеру, що виступає в порожнину виробки може прийматися рівної різниці максимального і поточного зміщення порід контуру виробки. Причинно-наслідковий зв'язок ознак, що складають суттєвість винаходу і досягаються технічним результатом пояснюється наступним. Якщо анкер досилають в шпур не повністю, причому залишають дільницю що виступає в порожнину виробки між устям шпуру і затяжною гайкою довжиною 0,01-0,5 від загальної довжини анкеру, створюється можливість зміщатися породам у контуру вздовж частини анкеру, що виступає. При цьому опір зміщенню мінімальний і визначається принципом закріплення анкеру по всій довжині дільниці, що знаходиться всередині шпуру. При цементному закріпленні опір зміщенню складає межу міцності цементного каміння на зсув і розірвання вздовж осі шпуру, при гвинтовому принципі закріплення - гранична міцність породи на зсув. В будь-якому випадку цей опір рівномірно розподіляється по тій частині анкеру, що виступає в порожнину виробки. При досягненні необхідної заздалегідь заданої величини зміщення припиняється, оскільки породи, що переміщаються самі впираються в затяжну гайку з планкою і анкер різко збільшує свій опір до проектної величини. В цьому випадку починає зміщатися вздовж анкеру наступна порція породи, що находиться вже на деякій глибині від устя шпуру. Однак, ця порція породи наближається до тієї, що вже змістилась і, таким чином, зупиняється. Таким чином, забезпечується регульоване переміщення порід з одночасним забезпеченням опору анкеру переміщенням вище допустимого рівня. Процес таких повторних зміщень у вигляді порцій може повторюватися 3-4 рази. В результаті формується багатократно стиснута область раніше зруйнованих порід біля контуру виробки. Ця область грає надто позитивну роль допоміжного кріплення за рахунок реалізації ефекту саморозклинення порід. Суттєвість винаходу, що пропонується і можливість його практичного здійснення пояснюється кресленням на фігурі, де показаний графік 1 розподілу зміщення порід ∆U на контурі 2 виробки 3, отриманий з допомогою моделювання. Тонкою переривчастою лінією 4 показана максимальна величина зміщення контуру виробки ∆U. На ньому же показана схема установки анкерів 5, 6, 7, 8, 9. 2 30194 Спосіб здійснюється, таким чином: шляхом моделювання з допомогою еквівалентних фізичних матеріалів (можливо застосування будь-якого іншого способу) визначили характер зміщення 1 порід на контурі магістрального польового штреку 3, перетином 13 м2, розташованого на глибині 950 метрів, в тріщинуватих породах з середньою міцністю 45 МПа. В якості анкерів використовувались металеві анкери 5, 6, 7, 8, 9, що закріплювались по всій довжині шпуру фенол-формальдегідною смолою, завдовжки 2,5 метри встановлювані з щільністю 1 анкер/метр. Виконали буріння шпурів згідно технологічного паспорту кріплення і дослали анкери в шпур не повністю, а залишили на анкерах 5, 6, 8, 9, що виступають дільниці 10, 11, 12, 13 завдовжки рівної різниці максимального (785 мм) і поточного зміщення порід на контурі виробки 14, 15, 16, 17 склали відповідно 257 мм, 125 мм, 123 мм, 248 мм. Далі закріпили анкери в шпурах і встановили затяжні гайки 18 на дільницях анкерів, що виступають в порожнину виробки забезпечивши зазори. Це дозволило спровокувати зміщення порід в боках покрівлі, де очікувалася мінімальна величина зміщення і зупинити зміщення по центру покрівлі штреку. За рахунок цього забезпечили синхронізацію зміщень порід на контурі виробки, що призвело до їхнього самозаклинення. На інших дільницях виробки встановлювали анкери з кінцями загнутими під кутом не більш 90°, по дузі кола і в вигляді просторового гвинта. Результати отримані в ході промислової перевірки наведені в таблиці. Наведені дані дозволяють оцінити ефективність застосування різноманітних варіантів конфігурації дільниць анкерів, що виступають, по фактичній величині зміщення порід в даному перетину виробки за 10 місяців експлуатації штреку. Таблиця Результати промислової перевірки способу Фактична веВідношення Крок простороПозиція анке- Довжина дільКут загинання личина зміРадіус дуги кодільниці до вого гвинта зару, згідно ниці, що видільниці, що щення покрівла загину, мм довжини ангину, мм фігури ступає, мм виступає, град лі, мм керу 1 257 0,103 0 0 427 ¥ 3 125 0,05 0 0 427 ¥ 4 0 0,00 0 0 427 ¥ 5 123 0,049 0 0 427 ¥ 7 248 0,099 0 0 427 ¥ 1 200 0,08 30 0 403 ¥ 3 200 0,08 60 0 403 ¥ 4 200 0,08 75 0 403 ¥ 5 200 0,08 60 0 403 ¥ 7 200 0,08 30 0 403 ¥ 1 200 0,08 0 150 0 382 3 200 0,08 0 150 0 382 4 200 0,08 0 150 0 382 5 200 0,08 0 150 0 382 7 200 0,08 0 150 0 382 1 200 0,08 0 100 100 356 3 200 0,08 0 100 100 356 4 200 0,08 0 100 100 356 5 200 0,08 0 100 100 356 7 200 0,08 0 100 100 356 3 30194 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4