Параметры анкерного крепления борта карьера

В практике открытых горных работ устойчивость откосов чаще обеспечивается широко распространенными механическими способами укрепления массива: возведением подпорных стенок, установкой железобетонных свай, штанг, гибких тросовых тяжей. Благодаря их внедрению на карьерах цветной металлургии (Блявинском, Учалинском, Гайском, Сибайском и др.) за счет увеличения угла откоса бортов в свое время был получен значительный экономический эффект.

В современных условиях совмещения открытых и подземных работ при увеличении размеров горных конструкций наиболее перспективным является способ укрепления высоких откосов подрабатываемых бортов карьера тросовыми анкерами. Предпосылка развития этого вида крепления — внедрение нового высокопроизводительного оборудования для установки анкеров длиной 50 м и более. Тросовое крепление анкерами успешно применяется на подземных рудниках при камерных системах разработки для укрепления обнажений породного или закладочного массива. Оно предотвращает развитие горизонтальных деформаций и сдвижение окружающего массива. Применение этого вида крепления особенно эффективно в условиях действиябольших сдвигающих нагрузок и горизонтальных тектонических сил. Одно из основных требований при установке анкеров в массиве — расположение их перпендикулярно к направлению действия максимальных напряжений.

Схема крепления откоса тросовыми анкерами:

1 – местная поверхность скольжения подработанного борта;

2 – общая поверхность скольжения;

3 – предельный контур откоса до подработки;

4 – тросовые анкера.

Согласно теории предельного равновесия, в зоне потенциально возможного обрушения поверхность скольжения может реализоваться там, где соотношение удерживающих и сдвигающих сил наименьшее. Поэтому при размещении анкеров в массиве в плоскости, перпендикулярной к потенциальной поверхности скольжения, можно достичь качественного укрепления пород при сокращении расхода материалов крепи и, в целом, — затрат на крепление.

Крепление массива тросовыми анкерами должно осуществляться из подземных выработок заблаговременно до начала отработки запасов в основании борта, то есть до начала развития деформаций. В результате скрепления анкерами блоков и слоев пород в единую, совместно деформирующуюся горную конструкцию, устойчивость борта карьера увеличивается. Вследствие изменения характера работы крепи при анкерном укреплении массива тросами обеспечивается снижение материалоемкости процессов управления состоянием массива борта по сравнению с традиционными, приведенными в начале параграфа способами укрепления прибортового массива.

Методика определения параметров крепления массива борта тросовыми анкерами основана на следующих предпосылках:

• при подработке врезками борт карьера находится в устойчивом состоянии, возможны только локальные нарушения устойчивости, поэтому выработка для установки анкеров может располагаться в пределах общей призмы сдвижения;

• нагрузка на канатные анкеры создается массивом в пределах призмы сдвижения по местной поверхности скольжения;

• укрепление массива пород тросовыми анкерами осуществляется в области вероятной реализации поверхности скольжения, при этом тросовые анкеры компенсируют потерю устойчивости при подработке борта до нормативного значения;

• при выемке рудных треугольников тросовые анкеры препятствуют развитию деформаций подработанного массива в сторону карьерного пространства, так как за счет осевых усилий в анкерах создаются дополнительные удерживающие силы по поверхности скольжения;

• в зависимости от места расположения тросовые анкеры работают на срез и растяжение, и в расчетах несущая способность анкера принимается по минимальному сопротивлению срезу, разрыву и выдергиванию троса из цементного камня или цементного камня из пород;

• анкер полностью заполняется цементным раствором, а несущим замком за пределами призмы сдвижения служит часть анкера от подземной выработки до поверхности скольжения.

Расчет крепления тросовыми анкерами производится на основе теории предельного равновесия. Коэффициент запаса устойчивости К_зу массива подрабатываемого борта, деформирующегося совместно с превентивно установленными троссовыми анкерами, определяется:

где ƩТ ƩN — соответственно сумма сдвигающих и удерживающих сил по локальной поверхности скольжения, МН/м; n_t — необходимое количество тросов на блок, шт.; а — расстояние между веерами анкеров по простиранию борта, м; Q_нес — несущая способность элемента при работе на срез или растяжение, МН; ∆F_уд — дополнительные удерживающие силы, создаваемые в анкерах за счет сил натяжения.