Анкерная крепь

Анкерная крепь – это система закрепленных в шпурах стержней (штанг). Установленных по периметру выработки для скрепления различных слоев и структурных блоков грунта.

По принципу закрепления в грунте различают цельнометаллические (клинощелевые и распорные) анкеры, имею­щие контакт со стенками шпура на коротком участке (в замке), а также железобетонные (набивные, «Перфо») и сталеполимерные, имеющие контакт со стенками шпура по всей его длине.

Анкеры располагают по возможности перпендикулярно слоям грунта, и во всяком случае под углом не менее 60°. В сводчатых выработках наиболее целесообразно располагать анкеры по радиальным направлениям (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Схема размещения анкеров в выработке

Шаг а анкеров в поперечных рядах назначают по расчету. Расстояние между рядами анкеров увязывают с продви­жением W забоя (с=W/2 или с =W/3) так, чтобы в каждом проходческом цикле нужно было устанавливать одинако­вое число анкеров.

В зависимости от конкретных инженерно-геологических условий применяют следующие типы анкерной крепи. В монолитных слаботрещиноватых грунтах (f= 4…6) – одиночные анкеры с опорными шайбами. Так как опорные шайбы под гайками анкеров имеют небольшие размеры (200 х 200x10 или 100x100x8 мм), то в проме­жутке между анкерами происходит раз­рыхление грунта, ограниченное обжа­тием, вызываемым натяжением штанг, но иногда приводящее к выпаданию отдельных камней. Для ограничения раз­вития этого процесса и обеспечения безопасности работ принимают ряд мер. Поверхность кровли затягивают стальной сеткой 1 со сторонами ячеек 50x50 или 100x100 мм, зажимаемой под опор­ными шайбами 2 (рис. 10.8, а). Перед постановкой анкеров сетку растягивают до забоя и подпирают временными стойками, чтобы обеспечить работу крепильщиков. Бурение шпуров и постановку анкеров производят через отверстия сетки. В трещиноватых грунтах - к анкерам поперечных рядов через стальные прокладки 3 подвеши­вают подхваты 5 в виде арок из швелле­ров (рис. 10.8, б), между которыми кров­лю затягивают досками 4. В сильнотрещиноватых неустойчивых грунтах – анкеры в сочетании с арочной крепью или набрызгбетоном (рис. 10.8, г).

Рис. 10.8. Меры по закреплению грунта между анкерами.

При использовании анкерной крепи обязательно применение гладкого взрывания. Однако и в этом случае возмож­ны значительные неровности поверхно­сти выработки. Наличие их приводит к зазорам, остающимся между арочными подхватами и кровлей, которые необхо­димо заполнить жесткими элементами. Поэтому более удобны подхваты, объ­единяющие смежные анкеры в продоль­ном направлении при помощи отрезков швеллеров 6 (рис. 10.8, в).

Одним из наиболее эффективных средств укрепления грунта в промежут­ках между анкерами является нанесе­ние слоя торкрета или набрызгбетона 7 по сетке, подвешенной к анкерам, или непосредственно на грунт (рис. 10.8, г).

При проектировании анкерной крепи пользуются сообра­жениями, изложенными дальше.

В основу опре­деления длины анкера положен прин­цип подвешивания непосредственной кровли выработки к ненарушенному грунту за пределами зоны разрыхления. Глубину l_р этой зоны (расчетную длину анкера) назначают равной высоте h₁, свода давления по Протодьяконову с коэффициентом запаса 1,5 (рис. 10.9):

,

где В — пролет выработки.

Рис. 10.9. Схема для определения длины анкера

Полная длина анкера:

,

где l_з— длина замка анкера, находящегося в ненарушенном грунте; для стальных анке­ров l_з  0,25 l_р, для сталеполимерных анкеров l_з 0,25 м, для железобетонных анкеров l_з 0,30÷0,60 м, но не менее:

,

где N₃ — расчетная несущая способность заделки анкера (через 6 часов после установки обычно равная 70…100 кН), кН; d—диаметр стержня, м; τ — сцепление между сталью и раствором, зависящее от его состава, срока твердения и температуры выработки, кПа

l_к—отрезок анкера, выступающий внутрь выработки, длина которого зависит от конструк­ции устройств, принятых для поддержания кровли между анкерами, l_к 0,10 м.

Несущая способность N_з заделки анкера должна быть достаточной, чтобы выдержать вес Р отделившегося от кровли блока грунта высотой l_р, кН:

,

где n – коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,5; а и с — расстояния между анкерами в поперечном и в продольном направлениях, м; — удельный вес грунта, кН/м3.

Из этого выражения может быть определен шаг анкеров в поперечном на­правлении:

.

Для исключения возможности образования вывалов грунта между анкерами рекомендуется назначать расстояние между ними не более l_р, а в сильно трещиноватых грунтах уменьшать его до 0,5l_р.

Прочность стержня анкера на растяжение проверяют по формулам:

- для распорных, сталеполимерных и железобетонных анкеров:

,

- для клинощелевых анкеров (с учетом их ослабления прорезью шириной δ):

,

где R_a — расчетное сопротивление стали на растяжение, МПа.