Производственно-техническое управление по строительству

Научно-исследовательский институт строительства угольных и горнорудных предприятий (Куэниишахтострой)

ИНСТРУКЦИЯ

ПО ПШЕЙЕНИГО И ПРОЕКТИРОВАНИЮ КОМШНИРОВАННШ АНШМУЕ'ГАЛДИЧЕСКОЙ КРЕПИ КОНСТРУКЦИИ КУЗНИИШАХТОСТРОЯ (АЖ)

Кемерово

Производственно-техническое управление по строительству

Научно-исследовательский институт строительства угольных и горнорудных предприятий

(КузниитахтостроЙ)

К нструкпия по пгатагЕНкг и прсектсрованиг комншрованной

/ЛПСЕР-МЕТ,ШИЧЕ(ЖОЙ КРЕПИ КОНСТРУКЦИИ ЮПНШ1АХТ0СТР0Я (Ш)

Кемерово - I960

Содержание химического состава полимербетона (тип Ф),в.ч.

а)    смола феяольно-резольная (ФРА)    100

б)    наполнитель (песок)    150-200

в)    ©тверд г. те ль - смесь ортофосфорноя и бензол-

сульфокислоты в отношении 1:2,5    35-50

По принципу работы ангсра с полимерными замками не отличается от работы металлической распорной анкерной крепи с механическими распорными замками. Испытания показали, что несупая способность анкеров с полимерными замками составляет 5-7 т через 5-10 мин после установки.

Окончательная затяжка анкера производится не ранее чем через 10-15 мин после установки.

Анкерная крепь AR-8 (рис. О относится к клинораспорному типу и состоит is стержня, двух рифленых полувгулок с проволочной скобой, вайбы и гайки. Стержень t 20 ми имеет с одного конца вымтампованную головку, а с другого - резьбу длиной J50 мм.

металлический анкер типа ад-8 с распорным замком

Полувтулки обеспечивают контактное сцепление замка со стенками впура.

Стержень изготавливается из круга - -?■ ГООТ .£22lZL,    ,

ст. 3 ГОСТ 535-58 резьбу И 20x2,5 желательно нарезать длиной 150 мм на болторезных станках типа 5Б07 или 5А07.

Полувтулка изготавливается из полосы IP-^.ГУТ 1®Ъ7А

ст. 3 ГОСТ 535-58

Заготовки нарезаются на прессе или молоте при поиоди обсечиого приспособления размером 10x34x110.

ТО

Опорная шайба с центральным отверстием 6 21 ми изготовляется путем отливки из чугуна.

Гайка М 20x2,5 типовая ГОСТ 14637-79. В#е элементы кроме опорной шайбы, изготавливаются из стали марки ст3 с пределом текучести 22-24 кг/мм и с пределом прочности 40-48 кг/мм².

Максимальное усилие по резьбе М 20x2,5 составляет 6-12 тс.

Шпуры под штанги бурятся коронками 6 42-43 мм.

Как отмечалось выше, для обеспечения совместной работы анкерной и металлической крепей, а также в качестве поддерживающих элементов для металлической арочной крепи применяются межрамные стяжки.

Межрамная стяжка представляет собой металлический сварной каркас (рис. 5, 6). Материалом для их изготовления может слу-

»ить полосовая сталь (лиот    .*9903-74- )    (рис.    5)

В ст.З СП. ГОСТ' 14637-69

или сталь круглого сечения (круг    .ГОСТ    2590-71_ ) (рис. 6).

ст.З ГОСТ 535-58

В качестве межрамной стяжки может быть использована также полосовая столь толщиной 4-8 мм с круглыми или эллиптическими отверстиями для анкеров, причем размер стяжек зависит от шага установки металлической арочной крепи (рис. 7).

Прочность закрепления анкеров с распорными металлическими замками определяется по формуле [5J

Я. _аз

где £сиэ - прочность закрепления (несущая способность) анкера, тс;

,С - коэффициент крепости пород з массиве.

Прочность закре! ения замков цементными растворами или химически закрепляющими составами для анкепа из профилированной арматурной стали с утолщением на конце определяется по формуле

[17]

= %&(>₃Кщ ,кгс.,

где d - диаметр скважины, см;

- длина замка, см ;

Кщ - удельное сцепление цементного камня со стенками скважины. Для цементного оаствора удельное сцепление песчаника,алевролита,аргиллита и угля соответственно

II

равно 27,9; 27, Г; 19,9; 14,6 кгс/см*. Аля химячес-жих закрепляющих растворов значения сцеплений принимается соответственно на 2V30X doibiie.

2. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КРЕПИ

Условия работы крепя определяются характером проявления горного давления в соответствия с методикой я классификацией, изложенной в о. 4.

3 условиях второго класса, когда вокруг выработки Формируется новый устойчивый контур иля свод естественных равновесий, рекомещуется применять металлические анкера типа AR-8, АР-2 иля металлические анкера с полимерными замками типа ДСП, ARX.

В условиях третьего н четвертого классов, когда вокруг выработки образуется область неупругих деформаций, для капитальных горных выработок рекомендуются металлические анкера с закреплением их по всей длине скважины быстротвердеощимн це-иентнмяи раствораии методом иньектирования. Ддя подготовительны х выработок могут применяться анкера типа АК-В или ДСП.

В породах с коэффициентом крепости X. < I, в зонах геологических нарушений и снльнотрениноватых пород (пятый классу а тане в породах, склонных к вязкому течеиню (шестой класс), врнмеяять анкер-металлячеекую крепь не рекомендуется.

Э. ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПРИ УСТАНОВКЕ КРЕПИ

Бурение япуров под анкера в двухпутевнх выработках, проходимых по породе, производится бурильными установкамя,колонковым! електросверхамя, специальными установка*! типа МАП-1, переносным ставкой ПА-1, бурильной установкой БУЭ-IA, безрас-пориой буровой колонной КАУ-2.

!пуры для установки анкеров должны быть расположены строго в соответствии с утвержденный паспортом, ооэтому пря ях разметке ■ бурении следует применять специальный шаблон.

Допустимое отклонение фактического расстояния между анкерами от проектного в пределах 10*$. Перед установкой анкеров необходимо проверить правильность расположения, глубину ■ пря. молинеяность шпуров.

Установке анкеров типа АК-8

Шпуры для установки анкеров следует бурить стандартными буровыми коронками, применяемыми на данной шахте дтя бурения шпуров, что сводит к минимуму вероятность установки анкеров в шпуры завышенного диаметра. Нэдекное закрепление захков металлических анкеров d шпурах обеспечивается при определенных соотношениях размеров элементов замка и диаметра скважины.

Это соотношение для металличерхих распорках анкеров должно обеспечивать глубину внедрения распорных элементов замка в бока скважины не менее 3 ми, в то же время обеспечивать возможность беспрепятственного ввода анкера в скважину при анкерах с распорным замком. Разницу между диаметром шпура и наружным диаметром распорных сегментов следует принимать не более *♦-5 мм.

Установка анкера АК-8 производится следующим образом. На стержень анкера с одного конца подвешивается проволочный хомут с полувтулками, которые предварительно раздвигаются, с тем чтобы при вводе замковой части в скважину они касались ее стенок. Дальнейшее поступательное перемещение анкера в скважине производится до упора. Для закрепления анкера применяется установочная труба. После расклинки замка устанавливается стяжка, которая натягивается опорной шайбой с поыоаью гайки.

Установка анкеров т^па АСП

Шпуры под анкера могут буриться диаметром *2 и 26 мм. Соответственно этим .иаметрам шпуров дчаметр ампул и размер разведенных концов стержня должен быть 36 и 20 мм. Установка анкера производится в следующей последовательности [*»] . 3 пробуренный шпур вводится ампула и стержнем анкера досылается до дна. Затем электросверлом с помощью переходника стержень приводится во вращательное движение, при эт )м он медленно с небольшим усилием поступательно перемещается по направлению

дне шпура. Во время этего движения ампула разрывается, смола п отвердитель вместе с песком растекается едоль стержня до уплотнительной манжеты и перемеогивается. Время перемешивания 20-30 секунд. Закреплявший состав отверждается и быстро набирает прочность.

Через 10-15 минут после установки анкера на его выступе-г<пкй в выработку конец подвешивается опорные элементы, навинчивается гайкя и затягивается до отказа.

Перед установкой подлерживаплих элементов по возможности необходимо устранить неровности на плошали соприкосновения пх с контуром выработки.

Затягивание гаек на анкерах производится специальными гайковертами или вручную. При затягивании гаек вручнуг необходимо применять торцовый клгч, имевший рукоять длино^г не менее 0,7 м.

Окончательная затяжка анкеров производится не ранее чем через 10-15 минут после установки.

Установка железобетонных анкеров методом инъектирования

Установка железобетонных анкеров этим способом производятся в два этапа. На первом этапе непосредственно в призабойной зоне после бурения шпуров устанавливается обычные анкера типа АК-8. Затем в устье шпура вводится отрезок трубы 0 42 мм (рис. 3), предназначенный для подачи раствора в шпур и герметизации скважины. На конце трубы выполнено отверстие для установки инъектора.

Торцевав часть трубы перекрывается опорной плиткой и гайкой. Длина трубы зависит от толщины затяжки и размеров за-крепного пространства. После установки трубок производится натяжение анкере в обычном порядке.

Второй этап - замоноличквание анкеров методом инъектирования выполняется на расстоянии 20-30 м от забоя.

Процесс замоноличивания (инъектирования) вклгчает приготовление раствора и заполне!гие им скважин с ранее установленными анкерами.

Комплект оборудования ПРН-2 (рис. 8) для нагнетания раствора в тпурн состоит из следукшх основных агрегатов, На платформу вагонетки УВГ-З установлен бетононагнетатель конструкции института "Кузниктэхтострой". Гля хранения компонентов инъек-тируемого материала предусмотрена емкость для цемента. Приготовление раствора осуществляется в турбулентной растворомешалке емкость^ ^С'5 л конструкции института "Кузниишахтострой". Поврротная площадка, установленная также на платформу, позволяет заполнит!, шпуры цементным раствором из одного положения по всему периметру выработки. П комплект оборудования входят шланги и инъектсры для подачи раствора в шпур. Установка ПРН-2 подключается к обше^ахтной воздушной магистрали.

Рекомендуется применять раствор для кяъектироваяия с во-доиементннм отношением Л:Ц = 1:2,0 при марке цемента "300" с добавкой в качестве ускорителя твердения 3-5£ водного раствора хлористого кальция (от веса цемента).

Рис.8. Комплект оборудования Пг'Н-2 для нагнетания раствора в шпуры

Раствор из бетононагнетателя подается в скважину сжатым воздухом под давлением 3-4 атм по резиновому шлангу и метал-личеокой трубке диаметром 8-10 мм. Трубка вводится в скважину черев специальное отверстие. Время инжектирования I шпура -20-30 о, расход раствора - 2-6 л на I шпур.

Через 1-2 часа после инжектирования трубки снимагтся и нспользуптся повторно.

Зеклгчительной операцией является установка межрамных стяжек. При первичном затягивании гаек натяжение анкерного отеркня следует обеспечивать в пределах О,7-1,0 т. Спустя оутки повторной затяжкой гаек необходимо создать натяжение отержкя 2,5-З.т. Это необходимо для плотного прижатия межрамных отяжек и металлических арок крепи к породному контуру. Таким обраяом обеспечивается совместная работа анкерной и металлической крепей.

При уотановке анкеров следует добиваться того, чтобы концы штанг находились в одной плоскости вдоль выработки и не выходили за проектный контур выработки в свету. Лля этого необходимо бурить шпуры определенной глубины и перед установкой анкера в впур измерить глубину шпура от контура крепи.

Графики организации работ при установке металлической арочной крепи из спештрофиля с плотность г 2 рамы не I м и комбинированной анкер-металлической крепи при установке метал-«пгчеоких рем через I и и анкеров типа АК-8 или ДСП показаны соответственно на рис. 9 и 10. График организации работ при креплении выработки комбинированной крепь»' с установкой железобетонных анкеров, возводимых методом ияьектирования, приведен на рио. II.

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОМБИНИРОВАННОЙ АНКЕР-МЕТАЛЛИЧБЗСКОЙ КРЕПИ

Основой мая выбора расчетной схемы крепи и прогнозирования проявлений горного давления является классификация условий работы, представленная в табл, I.

АННОТАЦИЯ

Инструкция является результатом выполнения работ по головной отраслевой теме 1504 "Разработать я внедрить новые прогрессивные решения в области крепления капитальных горных выработок, обеспечивающие комплексную механизацию горнопроходческих работ*! (Руководитель темы канд.техн.наук Стрельцов Б.В.).

В настоящей инструкции приведены основные указания по применению комбинированной анкер-металлической крепи АМН, разработанной институтом "Кузниишахтострой*'.

Инструкция содержит описание конструкции крепи, технологии ее возведения, условия и область применения.

Приведены методика и примеры расчета анкер-металлической крепи.

Лструкция предназначена для инженерно-технических работников проектных организаций, угольных предприятий, научно-исследовательских и учебных институтов.

Соблюдение требования настоящей инструкция обязательно для всех организация Минуглепрома СССР, применяющих комбинированную анкер-металлическую крепь (АПК) конструкции Кузнии-■ахтостроя.

В разработке инструкции принимали участие кандидаты технических наук Ерофеев Л.И., Иирошникова Л.А., горный инженер Витеиберг B.N.

Методика расчета крепи и условия ее применения разработаны кандидатами технических наук Ерофеевым Л.М., Мярошнико-BOI Л.А.

(с) КузниииахтостроЯ, I960

м о

Объем работ s Норма времени j ; : На гаге нова юге работ а ед. : изм.: а а • • • • к-во : : : к-»о : • • : : ед. : вам. : ! обос-t 1 НОВО-J Ь Г J HKt! | в • t ||2; Бурение гпуров вл.м 224 0,123 чел.- ч 1И:? 27,5 2асяванне,взрыва кие, прозе трк- пяпка хп. - - - - Логрузка мэ 49,2 0,769 чел.- ч И;и? 37,8 Установка мет. рам XT. 2.8 11,765 чел,- ч W:-P T0.I оатятаа боков я кров.та м2 14.5 1.0 чел.- ч PIT 14,6 Бурение шпуров и уотвновка эккеров от. 13,0 хро номет ра* Установка «ев-рамтах стяжек шт. 13,0 хро но-гет ра* Прием я сзача смени

Pec.10. Граф** организации работ при креплении наработки комбилгремнно* очкер-'*етелягческов крепы с установкой иккеров типа АК-9 гяп ЛТП * ммв.иочвснгх рои через У v f $_а г И,$ у";

■ ImI и**]

ОБОЗНАЧЕНИЯ .................................... 4

1.    КОНСТРУКЦИЯ КРЕПИ...................... 7

2.    УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КРЕПИ............... 14

3.    ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПРИ

УСТАНОВКЕ КРЕПИ........................ 14

4.    МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОМБИНИРОВАННОЙ АНХЕР-

УЕТАЛЛУМЕСХОЯ КРЕПИ.................... 18

5.    ПРЖЕРЫ РАСЧЕТА АНКЕР-МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ

КРЕПИ.................................. 42

6.    ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ АНКЕР-МЕТАЛЛ ИЧЕСКОЙ

КРЕПИ.................................. 50

7.    ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ К

УСТАНОВКЕ КРЕПИ........................ 51

ЛИТЕРАТУРА ..................................... 52

ПРГОЮ1ЕНИЯ ..................................... 55

ОБОЗНАЧЕНИЯ

п - коэффициент устойчивости выработки;

- средневзвешенной предел прочности горных пород в массиве на сжатие, то/м²;

f - средний объемный вес горных пород, то/м²;

Н - глубина заложения выработки, м;

К_t - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от формы выработки;

К$, - коэффициент концентрации напряженка, учитывающий взаимное влияние выработок;

Kt_t - дополнительный коэффициент концентрации, учитывать влияние очистных 'рдбот;

о

f?L - прочность пород на скатив в образце для L -ого слоя, тс/и ;

2i - коэффициент структурного ослабления;

£ - коэффициент длвтелъжтГ прочности;

Ад - коэффициент, учитывавший снижение прочности во оче^г * обводненности пород;

мояшоотъ L -ого слоя, и ;

У* - расстояние от оередннн i-ого сдоя до центре выработка по нормали к ввпластованиг* и ;

Z₀- приведенные радиус внутренней поверхности крепи в све-*У# ш;

/ - коэффициент крепости по шкале М .М. Протодьяконом;

L - каиболыиий размер поперечного сечения выработки вчерне;

С - средний равмер элементарных блоков, на которые массив раэбвт тревинами или олабиги прослойками;

промежуточный коэффициент концентрации о учетом расположения выработки относительно очистного забоя по простиранию пласта;

fa - вертикальная активная нагрузка на крепь,тс/м²;

S_ca - площадь сечения выработки в овету, м2;

средневзвешенная прочность пород в кровле выработки,

тс/м²;

Д - коэффициент бокового распоре;

£ - срок службы крепи, сут.;

А*- высота свода, и ;

R₀ - радиус выработки вчерне, м;

£а - длина анкера, м;

£ - пролет выработки в проходке, м;

Я* ” несущая способность металлической арочной крепя,тс/м²;

Аг - несущая способность анкера, т;

п_а- количество анкеров в поперечном оечении овода;

п_Р - количество рам крепи на I м выработки;

/_л - угол влияния распора анкера, град.;

1р - расчетный пролет гоузонесущей арки по средней линии, и;

/ - половина центрального угла грузонесущей породной арки, град.;

<£_с - толщина грузонесущей арки, м;

Ар- высота подъема средней линии грузонесущей арки, м;

радиус, образугщий среднюю линию грузонесушего овода,м; 29 • центральный угол между крайними анкерами, град.; су - расстояние от замка свода до упругого центра, м;:

7 - момент инерции, см3;

е - эксцентриситет приложения нормальной силы в сечении грузонесушего породного свода, м;

- угол внутреннего трения, град.;

коэффициент оцепления упрочненного анкерами маооиве за счет сопротивления анкеров на срез, тс/м²|

Zf_a- площадь сечения металлических штанг анкеров на I м2 кровли вьтадботки, ом²;

Хер - прэдел прочности штанг на среэ, кг/см²;

*мг- опепление в массиве за счет сил трения, возникантдах от натяжения анкеров, тс/м²;

N - количество анкеров на I м² площади кровля;

R.„ - натяжение анкера, тс;

Утр - коэффициент трения породы о породу;

К - коэффициент сцепления массива, тс/м²;

предел прочности породной арки со стороны моссива.тс/м²;

предел прочное г* породной арки не контакте с крепъг, то/м²;

Ун - несущая способность породного свода, тс/м²;

U - смешения породного контура выработки за время эксплуатации крепи, см ;

^/1- смешения породного контура до момента установки анкерной крепи, см;

U - время от момента проходки выработки до установки анкерной крепи, сут.;

L - расстояние от эабоя до места установки анкерной крепи,

У - скорость проходки выработки, м/сутки;

4>т - предел текучести отали, кг/см²;

^ем - размер ядра сечения, м.

Комбинированная анкер-метэялическая крепь (приложение I) представляет собой сочетание анкерной крепи с металлической арочной крепью из спецпрофи^Л СВП-17, 22 и 27. В качестве дополнительного поддерживающего элемента применяется межрамные стяжки, с помощью которых металлические арки как бы "пришивается?' анкерами к породе, за счет чего обеспечивается совместная работа упрочненного анкерами массива и металлической арочной крепи.

Анкера устанавливается в промежутках между арками крепи. Количество анкеров определяется расчетом.

В качестве межрзмного ограждения могут применяться железобетонные и деревянные затяжки, рулонный стеклопластик, металлическая сетка и др. материалы.

Металлическая арочная крепь выполняется по типовым проектам Центрогипрошэхта [i] , Карагандагипрошахта, Ржгипрошахта.

Расстояние между арками крепи определяется расчетом и берется из следующего унифицированного ряда - 0,5; 0,8; I; 1,2 м.

В зависимости от горно-геологических условий в качестве анкерной крепи используются:

-    металлические сталеполимерные анкера (рис. I) с закреплением замков быстротвердеющими составами на основе синтетических смол (типа АСП, АКХ и др.) или комбинированными смесями на цементной основе (АКЦ) ;

-    металлические анкера, закрепляемые быстротвердеющими смесями на цементной основе по всей длиье скважины методом за-давливания или инъектирования (рис. 2, 3) ;

-    металлические тикера с распорными замками типа АК-8 (рис. 4), АР-2 [2, Э]

Комплект анкернол крепи типа АСП (рис. I) состоит из металлического стержня и ампулы с закрепляюсим химическим составом [4] .

Стержень анкера изготавливается из стали периодического профиля (ГОСТ 5781-75). Конец стержня со стороны замковой части раздвигается и разводится до размера 36 и 22 мм для шпуров, пробуренных резцами 43 и 26 им. На стержле на расстоянии

250 мм от разведенного конца имеется опорное кольцо с уплотнительное резиновой манжетов 2, служащей для предотвращения вытекания химического состава. На втором конце стержня имеется резьба 4, опорная плитка 5 и гайка б.

Рио Л. Металлический стелеполимерныЙ анкер типа АСП

Ампула представляет собой мешочек из полиэтиленовой пленки или стеклянную ампулу с двумя смежяши и равными отделениями. Одно отделение заполняется смолой с песком, другое - отвердителем также с песком.