содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

4.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КРЕПЕЙ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

В качестве материалов для крепей горных выработок используют металл, бетон, железобетон, дерево, кирпич, пластобетон, углепласт, стекловолокно и др. Любой из перечисленных материалов имеет свою область применения, которая определяется его свойствами и стоимостью.

Металл для шахтной крепи применяют в виде профильного проката. При изготовлении проката используют малоуглеродистые и низколегированные стали. Металлический прокат имеет форму двутавровых балок и балок специального профиля СВП (рис. 4.3), а также швеллерных балок и рельсов. Профиль СВП выпускают пяти типоразмеров массой соответственно 14, 17, 19, 22 и 27 кг/м. Он изготовляется из стали марки Ст. 5 или низколегированных сталей.

Кроме указанных профилей используют арматурную гладкую сталь и металлические тюбинги—сегменты, имеющие криволинейную плиту (спинку) и ребра жесткости. Металлические тюбинги изготавливают из серого чугуна или стали.

Вяжущие вещества используют для приготовления искусственных каменных материалов. В качестве вяжущих применяют цемент, гипсоцемент и синтетические смолы. Цемент становится вяжущим только в соединении с водой. В зависимости от соотношения смешиваемых количеств воды и цемента, оцениваемого по водоцементному отношению В/Ц, цементный раствор обладает различными вяжущими свойствами. Марка цемента означает предел прочности на сжатие образца в десятых долях МПа, изготовленного из одной части цемента и трех весовых частей песка, при В/Ц= 1 : 2,5.

Наиболее широко при креплении выработок используется получаемый обжигом до спекания смеси известняка и глины силикатный цемент — портландцемент марок 300, 400, 500 и 600. Период схватывания обычного портландцемента после смешения с водой составляет от 45 мин до 12 ч. Для сокращения времени схватывания к цементу добавляют 1,5—5 % хлористого кальция, хлористого натрия и др. Синтетические смолы в качестве вяжущих веществ применяют совместно с цементобетонами. Такие композиции получили названия пластобетонов.

Наиболее широкое применение, особенно при креплении капитальных выработок, находит бетон — искусственный каменный материал, содержащий вяжущее, мелкий и крупный заполнитель и воду. В качестве мелкого заполнителя используют песок без глинистых частиц, крупного — прочный гравий или щебень. Песок и гравий называют инертными добавками. Состав бетона определяют по содержанию весовых частей цемента, песка (А) и крупного заполнителя (Б) 1 : А: Б, а также по отношению В/Ц. При расходе на приготовление 1 м3 бетона менее 200 кг цемента бетон называют тощим, при расходе цемента 200— 250 кг — средним и при расходе цемента более 250 кг — жирным. Для крепи горных выработок применяют в основном средние и жирные бетоны плотностью 2200—2300 кг/м3.

Прочностью бетона считают предел прочности на сжатие кубического образца бетона размером 15X15X15 см при времени отверждения 28 сут, температуре 15—20 °С и относительной влажности 90—100 %. В шахтном строительстве используют марки бетона от 100 до 600 с интервалом через каждые сто единиц.

Процесс укладки бетона хорошо поддается механизации на основе использования бетоноукладчиков. При укладке бетон принимает практически любую заданную форму. Высокая прочность, монолитность, хорошее сцепление с окружающими породами делают бетон одним из основных материалов для крепления капитальных горных выработок и камер

Жидкую смесь вяжущего с мелкими заполнителем (песком) называют раствором. Раствор используют самостоятельно для заделки швов или приготовления бетона.

Для интенсификации возведения бетонных крепей и снижения расхода крепежных материалов применяют торкретбетон и набрызгбетон. Торкретбетон — смесь из цемента, взятого из расчета 750 кг на 1 м3 водоцементного раствора, песчаногравийного заполнителя с крупностью зерен до 5 мм и воды. Торкретбетон укладывают на укрепляемую поверхность выработки слоями толщиной 2—3 см каждый под давлением сжатого воздуха 0,2—0,3 МПа.

Набрызгбетон — смесь из цемента, взятого из расчета 400—450 кг на 1 м3 водоцементного раствора, гравийного заполнителя с крупностью частиц до 25 мм, и добавок, ускоряющих отверждение (фтористый натрий и др.), в количестве 2—5 % от массы цемента и воды. Набрызгбетон укладывают на поверхность выработки слоями общей толщиной 2—8 см

Железобетон — единый искусственный металлокаменный материал, состоящий из бетона и металлической арматуры. Изготавливают железобетонные конструкции путем установки металлических элементов и последующей заливки их бетоном. В качестве арматурных элементов используют круглую сталь гладкого или периодического профиля и арматурные канаты. Расчетную нагрузку железобетон может воспринимать после набора бетоном заданной прочности. Железобетонную крепь изготавливают либо непосредственно в шахте (монолитная крепь), либо на заводе железобетонных изделий (сборная крепь). Для придания железобетонным элементам крепи повышенных прочностных свойств металлическую арматуру предварительно подвергают растяжению, а затем заливают бетоном. Железобетонные крепи воспринимают не только сжимающие, но и растягивающие напряжения.

Лесные материалы широко используют для крепления горных выработок, имеющих ограниченный срок скужбы (до 2—3 лет). Однако известны случаи, когда в сухих выработках при небольшом горном давлении деревянные крепи, пропитанные антисептиками, служили свыше 10 лет. Для крепления выработок используют сосну, ель, пихту, кедр и лиственницу. Наибольшее распространение имеет сосна. Лесные материалы в шахте применяются в виде бревен, стоек и пиломатериалов. Бревна — круглый лес диаметром не менее 12 см и длиной 2—

9 м. Стойка — ошкуренный круглый лес диаметром от 7 до 34 см и длиной от 0,5 до 7 м. Пиломатериалы (распилы, брусья, доски и горбыли) получают путем распиловки бревен на пилорамах. Несущая способность лесных крепежных материалов невелика. Их удельное сопротивление на растяжение составляет в среднем 10 МПа, на сжатие—13 МПа.

Для возведения шахтных крепей используют также кирпич марки 150 и 175 и бетониты — бетонные камни из обычного или силикатного бетона и из доменных шлаков. Марка бетонитов — не ниже 150. Плотность кирпича в кладке в шахте принимают не менее 1800 кг/м3.

Достоинства металла — прочность, огнестойкость, долговечность и возможность повторного использования, недостатки — значительная стоимость и подверженность коррозии. Достоинством каменных, бетонных и железобетонных материалов является их высокая прочность на сжатие. Процесс укладки бетона и железобетона хорошо поддается механизации. Недостаток заключается в малом сопротивлении на растяжение. Достоинства деревянных материалов — легкость подгонки к форме выработки и наличие предупредительных признаков перед разрушением, недостатки — невысокая прочность, низкий процент повторного использования, подверженность гниению.