RU2639008C1 - Способ анкерного крепления горных выработок - Google Patents
Способ анкерного крепления горных выработок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639008C1 RU2639008C1 RU2017108834A RU2017108834A RU2639008C1 RU 2639008 C1 RU2639008 C1 RU 2639008C1 RU 2017108834 A RU2017108834 A RU 2017108834A RU 2017108834 A RU2017108834 A RU 2017108834A RU 2639008 C1 RU2639008 C1 RU 2639008C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anchor
- mine
- heat
- hole
- rocks
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000003245 working effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 5
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 27
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 6
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, к анкерному креплению горных пород в криолитозоне, а также может быть использовано в строительстве и, в частности, при сооружении тоннелей различного назначения, в том числе проходимых в предварительно замороженных дисперсных грунтах или породах. Технический результат - увеличение несущей способности анкерной крепи в аварийных ситуациях, например, при возникновении подземного пожара в горных выработках, пройденных в дисперсных мерзлых породах. По способу осуществляют бурение шпура. Устанавливают металлический анкер с несущим замком и опорной плитой с натяжным элементом. При креплении горных выработок в условиях вечномерзлых горных пород часть пространства между анкером и поверхностью шпура от поверхности выработки заполняют теплопроводным материалом, имеющим коэффициент теплопроводности, примерно равный коэффициенту теплопроводности материала анкера. Натяжной элемент и опорную плиту покрывают огнезащитным материалом, например, биопиреном, имеющим возможность изменения своего термического сопротивления при повышении температуры воздуха в выработке. 2 ил.
Description
Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для анкерного крепления горных пород в криолитозоне, а также может быть использовано в строительстве, например, при сооружении тоннелей различного назначения, в том числе проходимых в предварительно замороженных дисперсных грунтах или породах.
Известна анкерная крепь (авторское свидетельство №694647, опубл. 30.10.1979), представляющая собой пустотелые стержни, заполненные теплоносителем. Один конец стержня снабжен замком из клина и распорной гильзы, а другой - резьбой под натяжную гайку. На выступающий конец анкера установлены оребренные съемные пластины, выполненные из теплопроводящего материала. В холодный период года, установленный в породе анкер выполняет функцию испарителя, а выступающий в выработку оребренный конец анкера - конденсатора, при этом тепло передается от пород, имеющих более высокую температуру, к охлажденному рудничному воздуху. Такое направление теплообмена, интенсифицированного благодаря оребрению выступающего в выработку конца анкера, приводит к охлаждению вмещающих пород до температуры, близкой к температуре рудничного воздуха.
Недостатком данного способа является неспособность обеспечить несущую способность анкера при возникновении аварийных ситуаций, например, шахтных пожарах.
Известен способ установки анкера в мерзлых породах (авторское свидетельство №1559184, опубл. 23.04.1990). Анкер включает стержень и распорный замок из пустотелых полугильз с отверстиями в торцах и теплоизоляцией. Поверхность полугильз покрывают теплоизоляцией плазменным напылением полимерами или окунанием. Полости полугильз на поверхности или в камере околоствольного двора заполняют сухим компонентом расширяющегося во времени заполнителя с регулируемыми скоростью и величиной расширения при положительной температуре, например невзрывного расширяющегося состава (НРС). Перед установкой анкера в полости полугильз вводят жидкие компоненты заполнителя. Затем анкер вводят в пробуренный шпур. Вследствие расширения заполнителя происходит раздутие полугильз и внедрение их в стенки шпура. В результате замок анкера закрепляется, и анкер приобретает способность выполнять несущую функцию.
Недостатком данного способа является сложность монтажа и технологии изготовления, а также неспособность обеспечить необходимую степень закрепления замка анкера при возникновении аварийных ситуаций.
Известен способ установки анкера в мерзлых породах (авторское свидетельство №1601382, опубл. 23.10.1990), заключающийся в следующем: бурят скважину, в ее донную часть вводят экзотермический состав в ампуле. Посредством этого состава разогревают окружающие породы на дне скважины с образованием ореола протаивания. Затем с помощью деревянного зарядчика с резиновым поршнем удаляют оттаявшую влагу путем ее выдавливания и отсоса за счет создания разрежения в донной части. После этого в скважину вводят ампулу с дополнительным химическим составом. Поступательно-вращательным движением анкерного стержня разрушают ампулу и перемешивают ее компоненты. Посредством создаваемого давления на химический состав его вводят в освобожденное от влаги поровое пространство оттаявших пород. После затвердевания состава на выступающую часть анкерного стержня надевают опорную плиту и навинчивают натяжную гайку для создания первичного распора.
Недостатком данного способа является низкий уровень механизации, а также неспособность обеспечить несущую способность анкера при возникновении аварийных ситуаций.
Известен способ установки анкерной крепи (Справочник инженера-шахтостроителя. М., «Недра», 1972, т. 2, с. 620-623), принятый за прототип, который состоит из введения в пробуренный шпур металлического стержня с трубчатой головкой, снабженного прорезью, и конусообразного клина с цилиндрическим концом в замковой части, и прижимной плитой с гайкой, размещаемых в выработке.
Недостатком данного изобретения является изменение (снижение) несущей способности замка анкера при повышении температуры горных пород, в частности при возникновении пожара в выработке
Техническим результатом изобретения является увеличение несущей способности анкерной крепи в аварийных ситуациях, например, при возникновении подземного пожара в горных выработках, пройденных в дисперсных мерзлых породах.
Технический результат достигается тем, что при креплении горных выработок в условиях вечномерзлых горных пород часть пространства между анкером и поверхностью шпура от поверхности выработки заполняют теплопроводным материалом, имеющим коэффициент теплопроводности, примерно равный коэффициенту теплопроводности материала анкера, а натяжной элемент и опорную плиту покрывают огнезащитным материалом, например, биопиреном, изменяющим свое термическое сопротивление при повышении температуры воздуха в выработке.
Способ анкерного крепления горных выработок поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - схема установки анкерной крепи;
фиг. 2 - схема работы анкерной крепи в период пожара в выработке, где:
1 - горные породы;
2 - шпур;
3 - анкер;
4 - клин;
5 - опорная плита;
6 - натяжная гайка;
7 - элементы крепи;
8 - заполнитель;
9 - огнезащитный материал;
10 - ореол оттаивания.
Способ реализуется следующим образом.
В выработке, пройденной в вечномерзлых горных породах, пробуриваются шпуры. В них устанавливаются анкерные стержни, имеющие на конце прорезь, в которую вставляется клин, что образует замок анкера. Внутреннее пространство шпура на определенную глубину заполняется материалом, имеющим коэффициент теплопроводности, примерно равный коэффициенту теплопроводности материала стержня, например бетон с высоким содержанием металлической стружки. Благодаря заполнителю увеличивается площадь контакта стержня анкера и горных пород. При повышении температуры воздуха в выработке происходит отвод значительной части тепла от стержня анкера в горные породы. Тем самым осуществляется снижение количества тепла, которое по стержню анкера передается за счет теплопроводности к замковой части анкера. Это приводит к образованию ореола оттаивания вблизи контура выработки, а не замка анкера и увеличению длительности периода сохранения несущей способности замка анкера. На нижнюю часть анкера устанавливают опорную плиту и навинчивают натяжную гайку. Для увеличения эффекта за счет снижения температуры элементов анкерной крепи, находящиеся во внутреннем пространстве выработки, на опорную плиту и натяжной механизм наносят слой материала, способного изменять свое термическое сопротивление при значительном повышении температуры окружающего воздуха на основе биопирена. В качестве такого материала может быть применен огнезащитный состав «Нортекс». В случае пожара данный состав, вспучиваясь, будет выполнять теплозащитную функцию и препятствовать распространению тепла от воздуха к стержню анкера.
На фиг. 1 показан пробуренный в массиве мерзлых горных пород - 1 шпур - 2, в который устанавливается анкерная крепь, состоящая из анкера - 3, клина - 4, опорной плиты - 5, натяжной гайки - 6, заполнителя - 8 (теплопроводный материал, например бетон с наполнителем из металлических опилок или стружки, заполняющий шпур на глубину - Н) и огнезащитного материала - 9, нанесенного на элементы крепи, находящихся на поверхности выработки - 7.
На фиг. 2 показана анкерная крепь, при возникновении пожара в выработке. В результате теплового воздействия - Qn изменяется структура огнезащитного материала - 9, он вспучивается и пропускает только часть тепловой энергии - q. При этом образуется ореол оттаивания - 10 в приконтурной зоне выработки. Поскольку часть пространства заполнена теплопроводным материалом - 8, то значительная часть тепловой энергии, поступающей от элементов анкера, находящихся в выработке, по стержню анкера к его замковой части рассеивается в породы, на расстоянии - Н. Поскольку не весь шпур заполнен, то в околозамковой части теплопроводность осуществляется непосредственно к замку анкера по стержню, а воздушное пространство между анкером и породами является своеобразным теплоизолятором и не позволяет создать ореол оттаивания вокруг призамковой части. Если бы шпур был заполнен полностью, то отвод тепла в горные породы создал бы дополнительную ослабленную зону вблизи замка анкера и снизил бы его несущую способность.
Длину, на которую должен быть заполнен шпур теплопроводным материалом, выбирают на основе специальных тепловых расчетов. Этот параметр зависит от материала заполнителя, теплофизических свойств горных пород и длины анкера. Например, выполненные расчеты в программном комплексе ELCUT показали что, если использовать теплопроводный заполнитель на основе бетона (песчано-цементный раствор с наполнителем из металлической стружки) с коэффициентом теплопроводности, равным 10,0 Вт/(м2К), то для характерных дисперсных горных пород (льдистость 20%, коэффициент температуропроводности 10-6 м2/с) наибольший эффект достигается при заполнении шпура на 2/3 по глубине от поверхности выработки при длине анкера 1,5 м и 4/5 по глубине от поверхности выработки при длине анкера 2,1 м. Причем, чем выше коэффициент теплопроводности заполнителя, тем меньше его объем требуется для достижения одного и того же эффекта.
Пример реализации способа на практике. На основе расчетов установлено, что при длине анкера 1,5 м он должен быть на длине 1,0 м, через теплопроводный наполнитель (песчано-цементный раствор с наполнителем из металлической стружки) находится в контакте с горными породами для отвода тепла от тела анкера к породам. Расчетным методом определяем, что при диаметре шпура 0.03 м и диаметре анкера 0,02 м объем наполнителя должен быть равен (15,7×10-4) м3. С учетом адгезии на стенках шпура принимаем объем закачиваемого в шпур материала равным 0,0016 м3. Далее, в пробуренный шпур нагнетаем жидкий раствор с наполнителем из металлической стружки в указанном объеме и устанавливаем собственно анкер. Под собственным весом раствор постепенно опускается вниз и заполняет кольцевое пространство между стержнем анкера и поверхностью выработки на расчетную глубину (1,0 м) и постепенно затвердевает. Натяжной механизм и опорную плиту покрывают слоем 1-2 мм краской «Нортекс» на основе биопирена. При повышении температуры в выработке до 100-200°С материал вспучивается, образую коксовую шубу с низким коэффициентом теплопроводности (до 0,05 Вт/(м2К)), при этом толщина его увеличивается до 7-15 см, т.е. термическое сопротивление резко возрастает, что снижает тепловой поток от воздуха в выработке к анкеру. Проходя по анкеру, часть тепла рассеивается в горные породы за счет наличия теплопроводного материала в кольцевом пространстве. Таким образом, общая тепловая нагрузка на замок анкера снижается, а срок его безопасной работы увеличивается, т.к. прогрев (оттаивание) пород вокруг замка происходит более длительный период времени.
Отличием способа анкерования от известных способов является то, что пространство между анкером и поверхностью шпура от поверхности выработки до определенного уровня заполняют материалом с высоким коэффициентом теплопроводности, что приводит к относительному сохранению несущей способности замка анкера при возникновении пожара в выработке, за счет рассеивания тепловой энергии в горные породы и снижения температуры в замке анкера. Еще одним отличием является то, что на опорную плиту и натяжную гайку наносят слой материала, способного изменять свое термическое сопротивление при значительном повышении температуры окружающего воздуха, что позволяет снизить температуру на внешнем конце анкера. Два этих отличия позволяют достичь максимального перепада температур между наружным (натяжной механизм и опорная плита) и внутренним (замок) концом анкера и увеличить время безопасной эксплуатации выработки, обеспечив необходимую несущую способность анкерной крепи.
Настоящие отличия от известных способов являются существенными, так как только с их помощью достигается цель изобретения: повышение надежности анкерного крепления мерзлых горных пород при резком изменении температуры воздуха в выработках, например пожарах.
Claims (1)
- Способ анкерного крепления горных выработок, включающий бурение шпура, установку металлического анкера с несущим замком и опорной плиты с натяжным элементом, отличающийся тем, что при креплении горных выработок в условиях вечномерзлых горных пород часть пространства между анкером и поверхностью шпура от поверхности выработки заполняют теплопроводным материалом, имеющим коэффициент теплопроводности, примерно равный коэффициенту теплопроводности материала анкера, а натяжной элемент и опорную плиту покрывают огнезащитным материалом, например, биопиреном, имеющим возможность изменения своего термического сопротивления при повышении температуры воздуха в выработке.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108834A RU2639008C1 (ru) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Способ анкерного крепления горных выработок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108834A RU2639008C1 (ru) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Способ анкерного крепления горных выработок |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639008C1 true RU2639008C1 (ru) | 2017-12-19 |
Family
ID=60719019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017108834A RU2639008C1 (ru) | 2017-03-16 | 2017-03-16 | Способ анкерного крепления горных выработок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639008C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4126004A (en) * | 1977-08-04 | 1978-11-21 | Ingersoll-Rand Company | Friction rock stabilizer |
SU1578355A1 (ru) * | 1988-08-15 | 1990-07-15 | Институт горного дела Севера Якутского филиала СО АН СССР | Анкер |
RU2234604C1 (ru) * | 2003-03-03 | 2004-08-20 | Институт горного дела СО РАН (статус государственного учреждения) | Анкерная крепь слоевой выработки |
US20130202364A1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-08-08 | N-Pat Co., Ltd. | Anchor and method of installing anchor |
RU2540708C1 (ru) * | 2013-12-04 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Анкер для крепления горных выработок |
-
2017
- 2017-03-16 RU RU2017108834A patent/RU2639008C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4126004A (en) * | 1977-08-04 | 1978-11-21 | Ingersoll-Rand Company | Friction rock stabilizer |
SU1578355A1 (ru) * | 1988-08-15 | 1990-07-15 | Институт горного дела Севера Якутского филиала СО АН СССР | Анкер |
RU2234604C1 (ru) * | 2003-03-03 | 2004-08-20 | Институт горного дела СО РАН (статус государственного учреждения) | Анкерная крепь слоевой выработки |
US20130202364A1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-08-08 | N-Pat Co., Ltd. | Anchor and method of installing anchor |
RU2540708C1 (ru) * | 2013-12-04 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Анкер для крепления горных выработок |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Справочник инженера-шахтостроителя. М.: Недра, 1972, т. 2, с. 620-623. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10767480B2 (en) | Extensible reaming self-anchoring anchor rod and supporting method thereof | |
US3613792A (en) | Oil well and method for production of oil through permafrost zone | |
CA2994061A1 (en) | Supporting method of an extensible reaming self-anchoring anchor rod | |
RU160010U1 (ru) | Термоизолирующее направление буровой скважины | |
CN105350988B (zh) | 隧道基底加固方法 | |
BR112012033293B1 (pt) | Sistema de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço, uso do sistema de fraturamento, e método de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço expandindo uma luva expansível no sistema de fraturamento | |
CN108755676A (zh) | 富含水砂层条件下锚索施工方法 | |
RU2639008C1 (ru) | Способ анкерного крепления горных выработок | |
US20080185184A1 (en) | Cryogenic drilling method | |
CN110565661B (zh) | 一种维护高海拔寒区冻融边坡长期稳定的方法 | |
CN108457655B (zh) | 用热棒减少多年冻土区隧道施工期围岩冻融圈范围的方法 | |
CN110565662B (zh) | 一种防治寒区边坡冻融破坏的锚固装置 | |
CN106049790A (zh) | 一种保温复合板建筑内保温系统的安装工艺及其安装结构 | |
CN103343531B (zh) | 局部难冻结地层强化冻结施工方法 | |
RU2630338C1 (ru) | Способ погружения винтовых свай в вечномерзлый грунт | |
RU2039158C1 (ru) | Способ возведения сваи в вечномерзлом грунте | |
WO2008091173A1 (fr) | Procédé d'installation d'un pieu dans un pergélisol et variantes | |
RU2540708C1 (ru) | Анкер для крепления горных выработок | |
RU213591U1 (ru) | Анкер для крепления подземных сооружений криолитозоны | |
RU226266U1 (ru) | Анкер для крепления горных выработок подземных сооружений | |
RU2672899C1 (ru) | Способ снижения газопроницаемости угольного массива | |
RU2634315C1 (ru) | Способ монтажа охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемёрзлых грунтов, неустойчивых в стенках скважин | |
RU2097530C1 (ru) | Способ оборудования скважин направлением при их строительстве в многолетнемерзлых породах | |
CN206158058U (zh) | 一种保温复合板建筑内保温系统的安装结构 | |
RU2591272C1 (ru) | Способ монтажа облегченных охлаждающих устройств для температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200317 |