Текст: Андрей Федоров

В России сталеполимерные штанги начали внедряться в 1994 году на угольных шахтах Кузбасского бассейна. Сейчас только на рудниках Заполярного филиала ГМК «Норильский никель» используется около двух с половиной миллионов сталеполимерных штанг. По словам специалистов, это значительно повышает производительность и качество крепления выработок. И позволяет снизить затраты на данный вид работ.
Сегодня сталеполимерное анкерное крепление называют наиболее перспективным способом обустройства подготовительных выработок. Установка анкеров в кровле и боках выработок с химическим закреплением позволяет уменьшить вертикальную конвергенцию и предотвратить отжим угля со стороны боков выработок. По сравнению с другими типами крепей анкерное почти не уменьшает поперечное сечение выработок в свету. И по скорости установки опережает другие способы креплений.
Однако там, где породы недостаточно устойчивы, применяются комбинированные варианты — сочетание анкерной и других типов крепей. Особенно распространенный вариант — комбинация анкерной и набрызгбетонной крепи.

P align=justify>Текст: Андрей Федоров

В России сталеполимерные штанги начали внедряться в 1994 году на угольных шахтах Кузбасского бассейна. Сейчас только на рудниках Заполярного филиала ГМК «Норильский никель» используется около двух с половиной миллионов сталеполимерных штанг. По словам специалистов, это значительно повышает производительность и качество крепления выработок. И позволяет снизить затраты на данный вид работ.
Сегодня сталеполимерное анкерное крепление называют наиболее перспективным способом обустройства подготовительных выработок. Установка анкеров в кровле и боках выработок с химическим закреплением позволяет уменьшить вертикальную конвергенцию и предотвратить отжим угля со стороны боков выработок. По сравнению с другими типами крепей анкерное почти не уменьшает поперечное сечение выработок в свету. И по скорости установки опережает другие способы креплений.
Однако там, где породы недостаточно устойчивы, применяются комбинированные варианты — сочетание анкерной и других типов крепей. Особенно распространенный вариант — комбинация анкерной и набрызгбетонной крепи.

Бесконечное улучшение
На многих горных предприятиях мира на очистных работах штанги сталеполимерные почти полностью вытеснили своих предшественников — клинощелевые и железобетонные штанги. При строительстве подготовительных и капитальных горных выработок они все чаще используются вместо железобетонной крепи.
За несколько десятилетий технология сталеполимерной крепи существенно не изменилась. Стандартная конструкция состоит из арматурного стального стержня (анкера) диаметром 16-20 мм, опорной плитки, ампул с закрепляющими полимерными составами, парашюта для удержания ампул в полости шпура. Хвостовик стержня выполняется в виде шестигранной головки под ключ с полусферой. В центральной части опорной плитки имеется сферическая выпуклость: это необходимо для надежной установки штанги (анкера) и обеспечивает податливость конструкции при деформации горного массива.

Чистая химия
Сначала в стенке выработки бурится шпур — узкая скважина, на длину анкера (при глубоком заложении может достигать 3-4,5 метров). Затем в шпур подаются ампулы с химическими составами (синтетической смолой и отвердителем). После этого вращательным движением вводится анкер. Ампулы разрываются. Происходит химическая реакция двух компонентов, в результате которой создается соединение высокой прочности. Затвердевая и проникая в трещины стенок скважины, оно надежно закрепляет стальной стержень в горном массиве. Это значительно повышает несущую способность крепления.
На укрепленные таким образом в горной породе анкеры навешиваются элементы крепи, призванной поддерживать стенки и кровлю горной выработки: стальные балки, рельсы, специальный профиль СВП, сетки, полосы, уголки и сегменты-тюбинги, из которых при помощи болтов собирают сплошную тюбинговую крепь.

Автоматизация процесса
Для ускорения процесса в 1970-ых годах в США было предложено бурить шпуры и устанавливать штанговую крепь одновременно. В этом случае применяется полый анкер, на одном конце которого установлен одноразовый режущий инструмент, а на другом — опалубка или опорная плитка. После забуривания штанги в породу ампулы с полимером продвигаются с помощью поршня, ингредиенты выдавливаются, смешиваются и заполняют скважину. Когда химический состав затвердевает, на анкер устанавливается опорная плита, создается предварительное натяжение гайкой.
Около 30 лет назад процесс было предложено автоматизировать. «Появились станки-полуавтоматы для установки крепи. Горный комбайн заходит в выработку, сразу же бурит шпуры и устанавливает крепь (штанговое крепление). В этом случае речь идет о механизации возведения крепи, сами конструкции не меняются. Этим разработкам уже около тридцати лет, однако они до сих пор считаются пионерными. В России технология была испытана на шахтах Кузбасса: крепость угля там позволяет заходить комбайну в выработки», — рассказывает кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Шахтное и подземное строительство» Института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ Сергей Вохмин.

Вариации «на тему»
Для увеличения срока службы сталеполимерных штанг их металлические элементы покрывают антикоррозионными материалами: специальными лаками и красками, оклеечной изоляцией из листовых и пленочных материалов, футеровкой из керамики, промышленного стекла и природного камня.
В последние годы вместо стали в анкерной крепи все чаще применяются различные полимерные и композиционные составы: порошковые, волокнистые и слоистые, например, стекловолокниты и стеклотекстолиты. Они более устойчивы к коррозии, чем металл, и весят меньше.
Однако все это можно считать лишь вариациями «на тему»: суть технологии остается прежней и радикальных изменений не происходит. «В ближайшее время в области строительных конструкций для подземных выработок никаких радикальных перемен не предвидится. Такой вывод можно сделать на основании анализа научных публикаций в этой сфере в России и отзывов наших зарубежных коллег. Пока все работают в одном русле: что-то делается лучше у нас, что-то — у них», — говорит Сергей Вохмин.