§ 57. СООРУЖЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ В СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ (ч. 2)
Анкерная крепь. Рассмотренные виды контурной крепи ограничивают развитие остаточных деформаций окружающих горных пород и, следовательно, рост горного давления, поддерживая кровлю выработки снизу. При этом элементы крепи подвергаются в основном сжатию. Наличие многочисленных сопряжений этих элементов, обминаемых под нагрузкой, а также легко деформируемого заполнения между крепью и контуром выработки (клинья, прокладки) является причиной недостаточной жесткости арочной крепи. Крепь этого вида не в состоянии остановить процесс развития деформаций кровли, а длительное пребывание кровли на временной крепи связано с нарастанием горного давления.
На совершенно ином принципе основано применение анкерной крепи, нашедшей достаточно широкое применение в горной промышленности и успешно внедряемой в тоннелестроении.
Принцип устройства и работы анкерной крепи заключается в следующем (рис. 179). В шпур, пробуренный в кровле (или стене) выработки, вводят стальную штангу 3, на одном конце которой имеется анкерная головка 1, а на другом — резьба, служащая для навинчивания гайки 4.
При помощи анкерной головки 1 обеспечивается надежное закрепление штанги в шпуре, после чего на ее нижний конец надевают опорную шайбу 5 и завинчиванием гайки достигают натяжения штанги с силой N. При этом происходит обжатие породы в объеме, ограниченном линиями 2, и предотвращается отделение блоков породы друг от друга под действием сил тяжести. Одновременно в результате обжатия на контакте между пластами возникают силы трения, препятствующие взаимному сдвигу пластов и частиц породы, нарушенной в результате раскрытия выработки.
Прочность и жесткость кровли, усиленной анкерами, значительно возрастают. Затяжка штанг способствует повышению несущей способности кровли, создает возможность ее использования для восприятия давления пород, расположенных над выработкой. Анкерная крепь является крепью принципиально нового типа, так как она не только поддерживает кровлю сверху, но и превращает ее в конструктивный элемент, способный выдержать значительные нагрузки.
Жесткость анкерной крепи больше, чем жесткость других видов крепи, так как в анкерной крепи отсутствуют обминаемые элементы и сопряжения (шайбы выполнены из металла). Деформации анкерной крепи могут происходить лишь при недостаточной прочности заделки анкерной головки, которая в этом случае имеет возможность продольного смещения. Однако при правильном выборе конструкции и параметров анкерной крепи смещение заделки может быть исключено.
Наряду с указанными достоинствами анкерная крепь обладает по сравнению с другими видами крепи следующими преимуществами: некоторое увеличение производительности машин и механизмов, работающих в совершенно свободной выработке; возможность механизации крепежных работ с уменьшением затрат времени и увеличением скорости проходки; сокращение расходов на перевозку крепежных материалов; устранение опасности повреждения крепи при взрывании; уменьшение сопротивления выработки движению воздушной струи и возможность сокращения времени проветривания.
Анкерную крепь используют в породах с широким диапазоном крепости и с различной степенью трещиноватости. Условиями ее успешного применения являются: отсутствие бокового горного давления, расположение анкерной головки в ненарушенной устойчивой породе, своевременная установка (до развития существенных остаточных деформаций кровли) и достаточное предварительное напряжение. Важное значение имеет также отсутствие поступления воды в шпуры, так как при увлажнении некоторые породы размягчаются и анкерная головка начинает скользить в заделке. Поэтому бурение шпуров для анкеров рекомендуется производить без промывки, а при промывке просушивать шпуры сжатым воздухом. Качество заделки анкерной головки в значительной мере зависит от твердости породы, влияющей на выбор конструкции анкера.
Применению анкерной крепи обычно предшествуют ее испытания в производственных условиях с проверкой правильности принятых параметров крепи и надежности деталей конструкции.
По принципу закрепления в породе различают цельнометаллические (клиновые и распорные) анкеры, имеющие контакт со стенками шпура на коротком участке (в замке), и железобетонные (нагнетаемые, набивные, «Перфо»), имеющие контакт со стенками шпура по всей его длине.