Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Установка анкеров


Характер работы анкерной крепи состоит в сохранении естественных структурных связей укрепляемого массива, поэтому одним из основных технологических требований крепления является быстрая установка анкеров, не допуская отставания крепи от забоя.

Эффективность работы металлической анкерной крепи зависит от прочного и, надежного закрепления замка в скважине и создания начального натяжения анкеров, обеспечивающего устойчивость закрепленных пород. Закрепление замков анкеров клинощелевого типа производят путем приложения к концу стержня энергии удара. Для этого применяют отбойные молотки, перфораторы, кувалды. Закрепление замков анкеров распорного типа и создание начального, натяжения металлических анкеров производят путем приложения к стержню анкера растягивающих усилий. Для этого применяют гидравлические натяжные устройства, ручные и механические гаечные ключи различных типов.
Установка анкеров

Установлено, что абсолютная величина закрепления замка анкера должна приближаться к прочности на разрыв ее стержня, а величина начального, натяжения к пределу его упругости (табл. 10).

Величина энергии удара (Дж) для закрепления замка клинощелевых анкеров должна быть не менее определённой из выражения

где Fполи — суммарное усилие, необходимое для разрушения породы, изгиба «усов» замка, преодоления трения в замке и между замком и породой, равное 0,4—0,7 MH; lа — длина анкера, м; — диаметр анкера, м; E — модуль упругости материала анкера, равный 2 кПа.

Эмпирические зависимости между крутящим моментом затяжки и натяжением анкера приведены в табл. 11.

Отклонение величин крутящего момента, рассчитанных по эмпирическим формулам, от фактических значений колеблется в пределах от ±3 до ±7%. Установлено, что частота вращения гаек при возведении анкеров зависит от допустимых величии скорости приложения нагрузки и удельного скольжения. При оптимальных величинах скорости приложение нагрузки 8 кН/с и удельном скольжении 0,1 мм/кМ частота вращения находится в пределах 15—20 об/мин.

При непосредственном натяжении анкеров расчетная величина натяжения передается специальной распорной муфтой типа УВШ-5/15 сразу на стержень анкера (рис. 27). В этом случае распорная муфта должна развивать натяжение выше расчетного на величину потерь (примерно на 10 кН) при передаче топорной реакции с торца муфты на гайку, фиксирующую заданное натяжение.

Максимальная длина хода поршня распорной муфты, определенная из анализа общего смещения при закреплении замка и натяжении отечественных конструкций анкеров, составляет 100 мм.

Производительность маслонасоса гидроинструмента, при минимально допустимой величине удельного скольжения 10в-4 м/кН и оптимальной скорости приложения нагрузки кН/с составит

где Sп — площадь поперечного сечения поршня распорной муфты, м2.

При установке железобетонных анкеров в пробуренную скважину нагнетают цементно-песчаный раствор, затем подают арматурный стержень, надевают и подтягивают подхват. При применении арматурного стержня с высаженным концом на него вначале надевают опорную плитку, а затем подают в скважину;

Нагнетание раствора, в скважины производят механическими или ручными шприцами, пневмонагнетателями, либо подают в патронах из полиэтиленовой пленки. Подачу арматурного стержня производят с помощью телескопных перфораторов, податчиков буровых машин или вручную.

Параметры и конструктивные особенности оборудования для возведения железобетонной анкерной крепи: зависят от состава и свойств применяемых цементно-песчаных растворов.

К растворам, применяемым для установки железо-бетонных анкеров, предъявляют следующие требования: минимальный период схватывания и твердения раствора в скважине; высокая прочность; хорошая транспортабельность (необходимая пластичность); однородность состава; невысокая стоимость. Минимально допустимая величина пластичности растворов, при которой они coxрaняют способность к транспортированию под действием сжатого воздуха, составляет 3,7 см по конусу СТРОЙЦНИЛа. Этой пластичностью обладает раствор состава П:Ц=2:1; В:Ц=0,49, цемент глиноземистый марки 500, песок мелкий речной. Данный раствор удерживается в скважине. диаметром до 45 мм. без применения специальных пробок.

Сохранение во времени необходимой пластичности раствора достигается при его перемешивании в период нахождения в баке пневмонагнетателя. Для этого бак должен быть оборудован специальным механическим смесителем, который кроме сохранения необходимой пластичности раствора обеспечивает его приготовление.

Исследование макроструктуры растворов показало, что при их; механическом приготовлении обеспечивается более однородный состав с равномерным распределением и обволакиванием зёрен заполнителя вяжущим веществом, чем при приготовлении вручную. Темпы твердения таких растворов в начальном периоде увеличиваются в 1,4—1,8 paза.


Угoл конусности бака пневмонагнетателя, при котором обеспечивается полная его пневморазгрузка 20°. Максимальное значение коэффициента заполнения скважин (98%) обеспечивается при скорости нагнетания раствора 10см/с которая поддерживается регулированием давления сжатого воздуха в баке пневмонагнетателя.

Частота вращения механического смесителя при которой за минимальный с обеспечивается качественное приготовление раствора необходимой подвижности, находится в пределах 120—140 об/мин. Наилучшие условия приготовления раствора достигаются при загрузке работающего смесительного устройства сухой смесью компонентов раствора рассредоточенным потоком.

При установке сталеполимерных анкеров компоненты вяжущей смеси подают в скважину в специальных патронах и ампулах. Арматурным стержнем досылают патрон до забоя скважины, затем, внедрив в него стержень, разрушают его оболочку и смешивают компоненты вяжущей смеси. После твердения смеси на конец стержня надевают опорный элемент и затягивают гайку. Усилие досылки патрона в скважину составляет 100—150 Н, усилие на разрушение патрона и внедрение в него арматурного стержня колеблется от 0,5 по 1,2 кН. Качественное перемешивание смеси обеспечивает вращение арматурного стержня со скоростью 100—120 об/мин в течение 15—30 с.

При этом диаметр скважины из условия оптимальной адгезии закрепляющего состава с породой и арматурным стержнем определяют из выражения

где dcкв — диаметр-скважины, мм; аа — диаметр стержня анкера, мм; u — максимальный размер частиц заполнителя, мм.

В зарубежной практике смешивание компонентов раствора, помещенных в стеклянную ампулу длиной 760 мм, производили путем вращения арматурного стержня в скважине частотой вращения 1070об/мии в течение 10 с. Зазор между стержнем анкера и стенками скважины рекомендуется 2 мм.

Разработанные в России машины, и механизмы для возведения анкерной крепи, которые прошли широкую промышленную проверку, представлены в табл. 12. Для возведения анкеров в камерах большой. высоты на рудниках Джезказганского комбината применяют агрегаты САКК-3 (рис. 28).

В отличие от самоходных полков СП-12, КС0-12 и КСО-25 работы на платформе агрегата САКК-3 механизированы. Вдоль платформы по направляющим с помощью пневмопривода перемещаются автоподатчики с буровыми головками. Подвеска автоподатчиков на тележках продольного хода сбоку платформы предусматривает возможность бурения под крень по сеткам 1х1 и 2х2 м. Арматура для приготовления и нагнетания демонтно-песчаного раствора в скважины устанавливается внизу на ходовой части машины.

Агрегат снабжен электрогидроприводом; используемым на передвижение машины и подъем стрелы с платформой. Энергия подается к агрегату по гибкому кабелю. Цепи управления электрическими аппаратами работают при напряжении 36 В. Пульты управления

Производительность труда рабочих, обслуживающих агрегат, при установке анкеров длиной 2,5 м в породах с f = 10-14 составила 38 анкеров в смену. На рудниках Джезказганского комбината работает 12 агрегатов САКК-3.

Испытания самоходных полков СП-12 на шахте № 51 Джезказганского рудника показали, что с рабочей кабины можно производить бурение скважин под анкерную крепь ручными и телескопными перфораторами, при этом вибрация и раскачивание стрелы практически отсутствуют. Какими-либо специальными приспособлениями пли устройствами для возведения анкеров самоходный полок СП-12 . не оборудован. Сменная производительность одного рабочего при возведении железобетонных анкеров длиной, до 2,5 м с полка СП-12 в породах с f=12-14 составила 6—10 комплектов.

Самоходный полок СП-8А смонтирован на шасси автомобиля МАЗ-503, на котором установлен дизельный двигатель ЯМЗ-236 мощностью-74 кВт с двухступенчатой газоочисткой.

Рабочий полок установлен на передней части телескопической стрелы, смонтированной на колонке. Колонка может поворачиваться на 180° в обе стороны от продольной оси машины. Управление всеми механизмами полка осуществляется посредством гидропривода. С пульта управления приводятся в движение гидроцилиндры стрелы, полка, выносных опор, привод поворота колонки и др. На рабочей площадке установлен гидрораспределитель, дублирующий управление гидроцилиндрами подъема стрелы и ориентирование площадки. Опытные образцы полков работают на шахтах Джезказганского комбината.

На шахтах Ачисайского полиметаллического комбината применяют каретку для крепления на базе автомобиля Татра-111C (рис. 29). Кузов на автомобиле заменен платформой, где размещены стрела с рабочим полком, смесительное устройство для приготовления раствора и пневмонагнетатель, а также запас компонентов раствора и стержней анкеров.

Наибольший радиус поворота стрелы 5600 мм, наименьший — 2100 мм, угол поворота стрелы в горизонтальной плоскости ±45° обеспечивает обслуживание 70 м2 площади кровли выработки с одной установки машины.

Управление гидроцилиндрами подъема стрелы производится с пульта, установленного на рабочем полке. Дизельный двигатель мощностью 133 кВт снабжен двухступенчатым жидкостно-каталитическим газоочистителем. На комбинате работает более 30 кареток для крепления.

ВНИИИРудмашем разработана каретка для осмотра кровли и установки анкерной крепи на базе самоходного шасси 1ВОМО1. Опытный образец каретки прошел приемочные испытания на Североуральском бокситовом руднике. Для установки металлических анкеров применяют комплект гидроинструмента УВШ-5/15 НИПИГОРМАШа, состоящий из привода маслонасоса (рабочее давление 18-MПa, производительность 3—12,8 мкм3/с, масса 11 кг); распорной муфты (усилие натяжения 60 кН, ход поршня 100 мм, масса 8,2 кг) вытягивателя (усилие на штоке 150 кН, ход поршня 50 мм, масса 9,2 кг). Распорная муфта с приводом от маслонасоса (см. рис. 27) обеспечивает установку анкеров способом непосредственного натяжения.

У распорной муфты сквозь полый шток пропущена тяга, имеющая на одном конце рукоятку, а на другом —нарезку. С помощью рукоятки тяга навинчивается на конец стержня анкера, после чего в цилиндр муфты по высоконапорному шлангу от маслонасоса подается рабочая жидкость. Поршень вместе со штоком и тягой идет вниз, чем создает натяжение анкера. Заданное натяжение контролируют по манометру маслонасоса и фиксируют путем вращения гайки на анкере с помощью храпового механизма, связанного со второй рукояткой распорной муфты.

Промышленная эксплуатация нескольких десятков комплектов гидроинструмента УВШ-5/15 подтвердила целый ряд конструктивных и эксплуатационных достоинств данного оборудования, основными из. которых являются: контроль величины. начального натяжения каждого устанавливаемого анкера; разгрузка стержней анкеров от вредных напряжений кручения, что позволяет уменьшить их диаметр на 20—25% без снижения несущей способности; высокая надежность работы установленной крепи. Производительность труда при установке анкерной крепи гидроинструментом УВШ-5/15 в 2—2,5 раза выше, чем при их установке вручную. При натяжении анкеров путем затяжки гаек применяют механизированный инструмент.

Сболчиватель ПИ-35 НИПИГОРМАШа (рис. 30) — механизм ударно-импульсного действия; реверсивный с пневмоприводом (крутящий момент затяжки 350 Нм, частота затяжки 16 об/мин, рабочее давление сжатого воздуха 0,5 МПа, расход сжатого воздуха 1,25 м3/мин, масса 8,8 кг).

Промышленная эксплуатация более 200 сболчивателей показала их надежность, удобство в работе и высокую производительность.

Сверло-гайковерт СГЭ-2 ВНИИгидроугля (рис. 31) снабжено, как и сболчиватель ПИ-35, механизмом ударно-импульсного действия с приводом от шахтного электросверла ЭР14-Д и имеет два шпинделя для бурения и затяжки гаек (крутящий момент на бурение 20 Нм, момент затяжки гаек 250 Нм, длин 670 мм, ширина 230 мм, масса 18,5 кг). Испытания опытной партии механизмов показали работоспособность их конструкции.

Насадка М-35 конструкции НИПИГОРМАШа (рис. 32) — навесной механизм к телескопному перфоратору (максимальный крутящий момент-350 Нм, частота затяжки 6,5 об/мин, направление вращения правое, массa 6,3; кг) выполнена по схеме планетарного редуктора ЗК.

Насадка М-35 — простой, легкий и надежный механизм. Выпущена партия насадок М:35 — 210 шт., которые работают на многих рудниках.

Насадка НУИ конструкции КузНИУИ к электро-сверлу состоит из хвостовика, ударно-импульсного механизма, корпуса и патрона (крутящий момент 250' Нм, частота вращения 860 об/мин, масса 2,9 кг). Насадки, НУИ предназначены для шахт, не имеющих энергии сжатого воздуха. На шахтах, не располагающих энергией сжатого воздуха, железобетонные анкеры устанавливают с помощью шприца конструкции Ленинградского горного, института.

При наличии энергии сжатого воздуха на рудниках широко применяют пневмонагнетатели типа АПР-1 конструкции НИГРИ, которые представляют собой герметичный сосуд с трехходовым краном для регулирования подачи сжатого воздуха. Бетонную смесь готовят вручную лопатами, после чего она загружается в сосуд пневмонагнетателя.

НИПИГОРМАШем разработан комплект оборудования для установки келезобетонных анкеров (рис. 33), состоящий из пневмонагнетателя ПН-1М и трех контейнеров.

Пневмонагнетатель ПН-1М (вместимость бака 24,5 л; угол конусности бака 20°; рабочее давление сжатого воздуха 0,5 МПа (при перемешивании раствора) и 0,3 МПа (при нагнетании раствора), скорость нагнетания раствора 10—11 см/с; частота вращения смесителя 120—130 об/мин; мощность привода 1,8 кВт; масса 55 кг) служит для механизированного приготовления и подачи в скважины цементно-песчаного раствора.

Контейнер (вместимость 62 д; диаметр 300 мм; длина 1400 мм; масса 35 кг) предназначен для транспортирования по почве выработки с помощью грузоподъемных и скреперных лебедок сухой смеси, компонентов раствора и ее хранения в шахте.

Производительность труда при установке крепи оборудованием ПН-1М составила 20—24 анкера в час, что в 2,3—2,8 раза выше, чем при установке крепи пневмонагнетателями типа АПР-1. На рудниках страны работает около 400 комплектов оборудования ПН-1М. Их промышленная эксплуатация подтвердила высокие технико-экономические показатели работы.

Широкое применение анкерной крепи за рубежом привело к созданию большого количества различного оборудования, специально предназначенного для возведения анкерной крепи. Средства механизации возведения анкеров выпускают известные зарубежные фирмы: «Джой», «Ингерсолл-Рэнд», «Тор» (США), «Консолитейтед Пневматик» (Великобритания), «Секома» (франция), «Атлас Копко» (Швеция) и др. Основные данные о зарубежном оборудовании для возведения анкерной крепи приведены в табл. 13 и 14.

Для месторождений с залежами большой мощности применяют самоходные полки на гусеничном или пневмошинном ходу.







По своим конструктивным особенностям эти машины значительно отличаются друг от друга в зависимости от мощности разрабатываемых залежей и высоты закрепляемых выработок. Так, самоходная платформа фирмы «Жираф» (США) обслуживает выработки высотой до 33 м, а тележка фирмы «Секома» (Франция) и машина АСМЕ-Н1 фирмы «Акмемашинери» (США) рассчитаны для работы в выработках высотой 4—7 м. Однако данные машины имеют много общего. Все они оборудованы рабочим полком, с которого производится осмотр кровли и возведение анкерной крепи. По типу подъемного органа машины можно разделить на две группы: самоходные полки с раздвижными телескопическими стрелами (башнями) и самоходные полки с шарнирно складывающимися стрелами (башнями). Эти машины обслуживают 1—2 рабочих, устанавливая за смену 70—100 анкеров.

В условиях месторождений средней мощности для возведения анкерной крепи применяют как специальные маневренные и высокопроизводительные машины, так и комбинированные машины, механизирующие, кроме процесса крепления, другие операции очистного цикла (обуривание забоя, погрузку горной массы, зачистку выработок и др.).

Специальные машины для возведения анкерной крепи применяют при наличии достаточного фронта работ и возможности свободного передвижения из одного забоя в другой. Рабочие органы таких машин обычно монтируют на стреловидных или радиальных манипуляторах, реже на линейных, или жестко крепят непосредственно на раме.

Из машин этого типа следует отметить комбинированные и специальные машины фирмы «Секома» (Франция), каретки, применяемые в США типа Кравл-1 фирмы «Ипгерсолл-Рэнд», 56-РДР фирмы «Джеффри», РБД-11 и РБД-Г5 фирмы «Джой», 320Д и 3500 фирмы «Галис», машину, фирмы «Гарднер-Денвер», каретку фирмы «Демаг» (ФРГ) и дp.

Применение таких машин позволило значительно повысить производительность труда и безопасность работ на шахтах. Обычно норма для бригады, обслуживающей машины этого типа, составляет 50—80 анкеров в смену в зависимости от крепости укрепляемых пород. С ростом квалификации оператора производительность повышается. На шахте «Кимайра» (Австралия) один человек, обслуживающий машину Флетчер, устанавливал за смену 120 анкеров.

Это в 3 раза больше, чем устанавливала бригада из двух человек с помощью пневматических бурильных молотков и сболчивателей и в 5 раз больше, чем устанавливалось при бурении скважин электросверлом и ручной установке анкеров.

На шахте Сигма (ЮАР) кровлю крепили анкерами длиной 1,2 м и диаметром 25-мм. Скважины под анкеры бурили электросверлами, а раскрепление замка и натяжение анкера осуществляли гаечным ключом. Крепь при этом не обеспечивала достаточной устойчивости кровли и имели место частые случаи обрушения заанкерованных пород. После того, как для установки анкеров применили специальную машину типа RBD-11 фирмы «Джой» (США), обрушение заанкерованных пород прекратилось.

На пластах мощностью от 0,97 до 1,5 м при камерно-столбовых системах разработки используют небольшие самоходные и перекатные легкие установки. Машины этого типа. РБД-30 фирмы, «Джой»; Джумболтер, HS1—4WD фирмы «Акмемашинери», машина фирмы «Руфкет» (США), каретка фирмы «Ле-Руа» (Франция) компактны, снабжены пневматическим или электрогидравлическим приводом, обслуживаются одним оператором и обеспечивают установку 30—50 анкеров в смену. На зарубежных предприятиях уделяют большое внимание разработке переставных станков и механизированногo ручного инструмента.

Широкое применение получил телескопный перфоратор ВВД-45WR шведской фирмы «Атлас Копко» (рис. 34).

Перфоратор ВВД-25WR (крутящий момент при бурении НИИ 375 Нм, при затяжке гаек 245 Нм, вращение патрона правое, масса 35 кг) обслуживается одним человеком и обеспечивает возведение анкера длиной Г,7 м в породах с f=14-16 за 15—20 мин.

Для создания натяжения анкеров применяют пневматические сболчиватели, торкметры, гидравлические натяжные устройства. Сболчиватели с инерционно ударными механизмами выпускают, фирмы США «Мейдон», «Холмен», «Ингерсолл-Рэнд», «Тор» и «Консолидейтед Пневматик» (Великобритания). Крутящий момент затяжки колеблется от 242 до 480 Нм, механизмы работают при давлении сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа и имеют массу 9,4-14,8 кг. Гидроинструмент, фирм «Бейлис» Англия). и «Бэтмен» (ЮАР) создает контролируемое натяжение анкеров от 60 до 150 кН.

В США и Франции для крепления выработок применяют специальные самоходные полки и машины производительностью 80—120 анкеров;в смену, а также комбинированные агрегаты, выполняющие, кроме крепления, бурение шпуров, погрузку горной массы и другие операции.

В Англии, ФРГ, Швеции и других странах наибольшее распространение получил пневматический и электрический инструмент переставные и перекатные станки.

Различные пути подхода к механизации возведения анкерной крепи обусловливают различия в технологии и организации работ. В США и Франции применяют камерно-столбовые системы разработки, при которых использование самоходных машин для. крепления возможно и экономически выгодно, а в Англии большинство месторождений имеет небольшую мощность при наклонном и крутом падении, что не позволяет применять самоходные машины.

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует, что возведение анкерной крепи следует производить с помощью механизированных средств, причем самоходные машины целесообразно создавать для системы разработок, обеспечивающих машине достаточный фронт работ (не менее 20—80 анкеров в смену); и особенно в условиях месторождений большой мощности. В других случаях целесообразно применять переставные и перекатные станки и механизированный инструмент. Mexaнизированная установка анкерной крепи повышает надежность ее работы. По результатам многочисленных наблюдении установлено (рис. 35, а), что средние значения величины натяжения металлических анкеров при их установке ручным гаечным ключом составляют 29,3 кН, насадкой М-35 — 47 кН, сболчивателем ПИ-35 — 50,2 кН и распорной муфтой УВШ-5/15 — 50,3 кН.

При установке анкеров вручную 80% их имели натяжение меньше 40 кН, при использовании насадки М-35 — 31%, а сболчивателя ПИ-35—20%. При установке распорной, муфтой гидроинструмента УВШ-5/15 все анкеры имели натяжение выше 40 кН.

По методике Ленинградского горного института надежность железобетонных анкеров определяется как вероятность безотказной работы комплекта крепи в Продолжении заданного периода времени

где Рк — надежность комплекта железобетонной анкерной крепи; Р1 — вероятность качественного перемешивания раствора; Р2 — вероятность соответствия фактического качества цемента; песка и воды проектным показателям; P3 — вероятность соблюдения точной дозировки компонентов раствора; Р4 — вероятность полного заполнения скважины раствором; P5 — вероятность сохранения заданного водоцементного отношения раствора в скважинах, заполняемых из одного бака пневмонагнетателя; Р6 — вероятность сохранения фактического удельного сцепления поверхности арматурных стержней на уровне расчетного, (вследствие загрязнения, замасливания ржавления и других причин); Р7 — вероятность сохранения монолитности раствора в скважине при введении арматурного стержня.

Статистическая обработка результатов производственных наблюдений показала, что при промышленном применении железобетонных анкеров и приготовлении раствора вручную на месте работ с использованием пневмонагнетателей типа АПР-1 надежность комплекта железобетонной анкерной крепи составит

При применении комплекта оборудования ПН-1M для установки анкеров надежность комплекта железобетонного анкера составляет.

Повышение надежности железобетонных анкеров в этом случае достигается за счет централизованной дозировки и смешивания сухих компонентов раствора, доставки смеси к месту работ, в герметичном контейнере приготовлении раствора механическим смесителем в баке пневмонагнетателя, а также обеспечением рациональной скорости нагнетания раствора в скважины.

Железобетонные анкеры, установленные комплектом оборудования ПН-1М, в 2,7 раза быстрее набирают паспортную прочность (50 кН), чем установленные пневмонагнетателем типа АПР-1 (рис. 35,б). Это обеспечивается снижением водопотребности раствора при его приготовлении механическим смесителем, получением макро- и микрооднородности смеси и нагнетанием раствора в скважины с коэффициентом заполнения 0,95.

Механизированное возведение анкерной крепи обеспечивает её своевременную установку с расчетными параметрами, что повышает безопасность работ под закрепленной кровлей.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: