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

4.4. КРЕПЬ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК

Металлические крепи. Для крепления горизонтальных и наклонных выработок, служащих 3—15 лет, наибольшее распространение получили металлические крепи. Ими закреплено более 50 % общей протяженности горизонтальных выработок. При сроке службы выработки менее 3 лет обязательным является извлечение крепи до 70—85 %.

Металлическая крепь может быть жесткой и податливой. Жесткая конструкция практически не меняет свои форму и размеры, воспринимает давление вмещающих пород до тех пор, пока напряжения в системе массив — крепь не превысят несу-
 

Рис. 4.4. Арочная (а), кольцевая (б) и трапециевидная (в) рамные жесткие крепи

щей способности крепи. Податливая крепь меняет форму и размеры в процессе ее нагружения. Податливость металлических крепей обеспечивают за счет смещения элементов или звеньев крепи в местах их соединения.

В выработках со сроком службы более 3 лет и в зонах установившегося горного давления применяют металлическую жесткую рамную крепь (рис. 4.4). Для арочной жесткой рамной крепи (см, рис. 4.4, а) используют двутавровые балки от № 14 до № 20а и рельсы массой от 24 до 43 кг/м. Арочную рамную крепь устанавливают в выработках с установившимся давлением при непучащих породах в почве. Типоразмер серийной жесткой арочной крепи обозначают от АЖ 5 до АЖ-ПД где число указывает площадь поперечного сечения в свету (м2).

При давлении на крепь не только со стороны кровли и боков выработки, но и со стороны почвы (пучащие породы, плывуны, сыпучие породы, зоны геологических нарушений и т. д.) применяют кольцевую жесткую крепь (см. рис. 4.4,6). Кольцевую раму изготавливают обычно из двутаврового профиля с внутренним диаметром кольца от 2,4 до 3,94 м. Кольцо состоит из трех-четырех звеньев. Звенья соединяют соединительными планками и болтами.

При необходимости плоского перекрытия кровли устанавливают трапециевидную жесткую рамную крепь (см. рис. 4.4, в).

Для обеспечения контакта рамной крепи с вмещающими породами закрепное пространство заполняют отбитой породой или твердеющим материалом (фосфогипс, природный ангидрит, песчаноцементная смесь и др.)- Между рамами крепи для придания ей устойчивости устанавливают распорки. Если между
 

рамами оставляют промежуток, то такое крепление называют креплением вразбежку. При установке каждой рамы вплотную к соседней крепление называют креплением всплошную. Для предотвращения вывалов породы из кровли или боков выработки при креплении вразбежку за рамы крепи закладывают параллельно продольной оси выработки затяжку в виде деревянных досок, горбылей, железобетонных пластин, металлических рештаков или стеклопластиковых рулонов.

Металлическую податливую римную крепь типа АП (рис. 4.5) в выработках, находящихся как в зоне влияния очистных работ, так и в зоне установившегося горного давления. Наибольшее распространение получила податливая металлическая крепь в виде многозвенных арочных рам.

Трехзвенную арочную крепь АП-3 изготовляют из спецпрофиля СВП Рама крепи состоит из верхняка 1 двух стоек 2 и замков 3. Замок арочной крепи представляет собой соединение верхняка и стойки внахлестку на длину до 0,4 м с зажатием их в интервале 0,2 м двумя хомутами 4, планками 5 и гайками 6. Верхняк укладывают так, чтобы внешняя поверхность его желоба входила во внутреннюю поверхность желоба стойки. Рамы устанавливают в плоскости, перпендикулярной к почве выработки, и удерживают их в этом положении межрамными стяжками 7 и распорками 8. Для придания устойчивости раму укрепляют клиньями 9. Податливость крепи обеспечивается перемещением верхняка относительно стоек в замках крепи. Сопротивление крепи регулируют путем затяжки хомутов. Трехзвенная крепь обеспечивает податливость при смещениях кровли до 0,3 м.

При необходимости иметь большую податливость применяют пятизвенную арочную крепь.

В выработках, пройденных по тонким крутым пластам, смещения пород кровли бывают направлены под углом к ее вертикальной оси, что приводит к активному деформированию обычной арочной крепи. В этих случаях применяют податливые крепи ПАК-2 несимметричной формы с податливостью по нормали к пласту более 0,5 м или арочную крепь направленной податливости типа КАНП, в которой предусмотрен шарнирный изгиб крепи в одном из замков.

Арочные податливые крепи АКП-3 или АКП 5 отличаются от таких же конструкций АП-3 и АП-5 расположением открытой части спецпрофиля звеньев в сторону выработки, формой скоб и меньшей величиной нахлестки звеньев.
 

Несущую способность арки принимают исходя из типа спецпрофиля.

 

Тип спецпрофиля	СВП-14	СВП-17	СВП-19
Несущая способность арки при режиме ра­боты крепи, кН: до исчерпания податливости	110—130	140—150	160—170
после исчерпания податливости .	230—240	250—260	270—280
Продолжение Тип спецпрофиля	СВП-22	СВП-27	СВП-33
Несущая способность арки при режиме ра­боты крепи, кН: до исчерпания податливости . . . .	180—190	200—220	230—250
после исчерпания податливости .	290—300	310—350	360—400

 В горизонтальных выработках, расположенных на наклонных

пластах, значения Рл следует уменьшать в 1,22—1,25 раза.

Арочные крепи АП-3 и АКП-3 применяют в горизонтальных и наклонных (до 30°) одно- и двухпутных выработках, пройденных по пластам мощностью до 1 м, крепи АП-5 и АКП-5— в выработках, пройденных по пластам мощностью более 1 м с углом наклона до 25° и при смещениях, больших 300 мм. Устанавливают рамные крепи вручную, крепеустановщиками КПМ-8 или КПУ-2 и подъемниками ППВ и ПТК.

Кольцевую податливую рамную крепь типа КП используют в горизонтальных и наклонных (до 45°) выработках в случае значительного всестороннего горного давления на крепь и при залегании в почве пучащих пород.

Бетонные, железобетонные и каменные крепи. В капитальных горных выработках, расположенных вне зоны влияния очистных работ в породах с коэффициентом крепости f=l-9, применяют монолитную бетонную и железобетонную крепи. Разработаны следующие унифицированные типовые сечения выработок, закрепленных монолитной бетонной крепью: с вертикальными стенками и сводчатым перекрытием (рис. 4.6, а), подковообразной формы (рис. 4.6, б), подковообразной формы с обратным сводом (рис. 4.6, в) и цилиндрической формы (рис. 4.6, г). Первое сечение используют при значительном вертикальном давлении в породах f /=З-9, второе —при значительном давлении сверху и боков в породах с f=1-2; третье и четвертое— в пучащих породах при расчетном давлении 0,35— 0,5 МПа. При возведении крепи из монолитного бетона устанавливают опалубку, заливают вначале фундамент, затем стены и в последнюю очередь свод. Работы по бетонированию ведут на участке, длина которого зависит от технологической схемы проведения выработки. Для разделения процессов выемки горной массы в забое и крепления выработки бетонную крепь возводят с отставанием от забоя на расстояние до 20 м. Толщину стенок крепи обычно принимают равной 0,25—0,35 м.

При креплении выработок все шире применяют безопалу-бочные виды бетонирования — набрызгбетонирование и тор-
 

кретбетонирование, при которых слой бетона на поверхность выработки наносят с помощью специальных машин. Набрызг-бетонную крепь используют как самостоятельную крепь в выработках, расположенных в породах с коэффициентом крепости f>6. При меньшем коэффициенте крепости она сочетается с металлической сеткой, арками или анкерной крепью.

Железобетонные крепи применяют в горных выработках со сроком службы более 3—5 лет (капитальные квершлаги, штреки, бремсберги и уклоны, камеры, сопряжения капитальных выработок). Железобетонные крепи хорошо воспринимают как сжимающие, так и растягивающие нагрузки при небольших (до 70 мм) смещениях пород.

К достоинствам железобетонных и бетонных монолитных крепей относят высокую прочность и длительный срок службы, к недостаткам — значительную стоимость работ по креплению, невозможность повторного использования, наличие периода, в течение которого крепь набирает расчетную несущую способность.

Сборные железобетонные крепи менее трудоемки в процессе крепления, сразу после монтажа могут воспринимать расчетную нагрузку, отличаются огнестойкостью, долговечностью, пониженным расходом металла. Конструкция сборных железобетонных крепей бывает двух основных типов: рамной и сплошной.

На рис. 4.7 показана конструкция рамной арочной железобетонной крепи. Каждый элемент сборной крепи имеет массу не более 120 кг. Межрамные промежутки затягивают железобетонными металлическими (в виде решеток) или деревянными антисептированными и стеклотканевыми затяжками.

Сплошные сборные крепи изготавливают из блоков, панелей или тюбингов. Из тюбингов состоит, например, сборная железобетонная крепь ГТК конструкции КузНИИшахтостроя, которую применяют в горизонтальных и наклонных (до 25°) капитальных выработках со сроком службы не менее 5 лет, проведенных в породах с коэффициентом крепости f= 3-6. Ширина

железобетонного тюбинга составляет 0,75 м, масса до 530 кг. Тюбинги устанавливают с использованием тюбингоукладчика ТУ*2Р или крепеукладчика УТ-1Н. Площадь поперечного сечения выработок 8—26 м2 в свету. Применяют также сплошные тюбинговые железобетонные крепи КТАТ и КТАМ конструкции ВНИИОМШС. Тюбинговые крепи хорошо зарекомендовали себя в капитальных выработках, находящихся вне зоны влияния очистных работ, на глубоких горизонтах шахт при средних и высоких значениях горного давления и непучащих породах.

При возведении каменных крепей поперечному сечению выработок придают сводчатую и реже кольцевую формы. При сводчатой форме расстояние по вертикали от пят до замка свода называют подъемом свода. Свод называют пониженным, если его подъем меньше полупролета выработки, циркульным, если подъем свода равен полупролету, и повышенным при подъеме, большем полупролета. Каменную крепь возводят из штучных камней на растворе, состоящем из одной части цемента и трех частей песка. Закрепное пространство заполняют породой, заливают тощим раствором (одна часть цемента на пять-семь частей песка).

Деревянная крепь. Деревянную крепь применяют в выработках, имеющих срок службы до 2—3 лет, как в зонах влияния очистных работ, так и вне этих зон, при давлении на крепь до 70 кПа.

Деревянную крепь устанавливают в виде неполных (рис. 4.8, а, в, д, е) или полных (рис. 4.8, б, г) крепежных рам. Полная рама отличается от неполной наличием лежня по почве. Форма поперечного сечения выработки, закрепленной деревянной крепью, бывает правильной трапециевидной (см. рис. 4.8,

а, б), неправильной трапециевидной (см. рис. 4.8, в, г) и прямоугольной (см. рис. 4.8, д, е). Неправильную трапециевидную форму выработке придают в тех случаях, когда ее проводят по простиранию наклонного или крутого пласта и возникает необходимость в установке верхняка (см. рис. 4.8, в) или стойки (см. рис. 4.8, г) под кровлю пласта без ее подрывки.

Стойки рамы обычно устанавливают под углом 80—85° к почве с заглублением в лунку на глубину 20—25 см. Диаметр стоек и верхняка принимают в зависимости от нагрузки на крепь в пределах 0,16—0,34 м. Для обеспечения податливости крепи концы стоек, обращенные к почве, заостряют.

В выработках, пройденных под углом к горизонту до 10°, крепежные рамы расклинивают только в замках. При углах наклона выработок 11—20° рамы укрепляют распорками, которые устанавливают между замками, а стойки заглубляют в лунки. При углах наклона 21—30° распорки устанавливают как между верхними замками, так и понизу. При углах 31—45° рамы устанавливают на лежни. При больших углах через каждые 5—Юм устанавливают венцы — рамы, врезанные концами во вмещающие породы.

Анкерная крепь. Анкером называют штангу, закрепленную в шпуре или скважине и обеспечивающую повышение связанности слоев пород друг с другом, а анкерной крепью — систему анкеров и вспомогательных поддерживающих элементов. Анкерную крепь применяют при наличии в кровле мощных слаботрещиноватых пород или слоя слабых пород мощностью до 1,5—2 м, над которым залегает мощный слой крепких пород. Анкерная крепь поддается извлечению.

Известно более 200 конструкций анкеров. По материалу анкеры бывают металлические, деревянные, железобетонные и полимерные. Первые два вида чаще применяют для крепления кровли и боков выработок, вторые два — для крепления почвы. В массиве анкер может быть закреплен или в донной части шпура замком (металлический, деревянный, полимерный), или по всей длине анкера (железобетонный, полимерный). Наибольшее распространение в угольных шахтах получили анкеры

ШК, АК-8, АД-1, АР-1, ЭС-1.

На рис. 4.9, а приведена конструкция металлического анкера АД-1, предложенного ДонУГИ. Анкер состоит из гайки 7, клиньев 2 и 3, стержня штанги 4У опорной плитки 5 и натяжной гайки 6. При установке стержень с навинченными гайкой / и клином 2 подают в шпур. Затем нижний клин 3 надвигают в шпуре на верхний клин ударами по надетой на стержень трубе. После предварительного закрепления клинового замка его затягивают путем вращения стержня за квадратный хвостовик. Затем на хвостовик навешивают опорную плитку и прижимают ее гайкой 6 к кровле.
 

Штанги металлических анкеров изготавливают из круглой стали диаметром 16—25 мм и длиной до 3 м. Металлическая анкерная крепь хорошо зарекомендовала себя в полевых выработках со сроком службы до двух лет, пройденных вне зоны влияния очистных работ по породам с коэффициентом крепости f=4-r-9. Находит применение анкерная крепь при выемке угля или сланца в камерах для крепления пролетов между целиками. Часто анкеры используют в сочетании с другими видами крепи.

Сталеполимерный анкер конструкции ИГД им. А. А. Скочинского (рис. 4.9, б) предусматривает закрепление металлической штанги в шпуре с помощью полимерного состава. Первоначально в шпур помещают большую полиэтиленовую ампулу l наполненную полимерным составом (смолой) и песком и содержащую ампулу с отвердителем. Длина ампулы 0,35—0,5 м и диаметр 22—36 мм. Затем в шпур при помощи перфоратора или сверла посылают штангу 2, изготовленную из стали периодического профиля диаметром 18—25 мм и снабженную уплотнительной манжетой 3. При вращении и нажиме штанги обе ампулы разрываются, растворы смешиваются и затвердевают в шпуре в течение 1 ч. Затем в стержне создают гайкой 5 через плитку 4 натяжение с усилием 35—60 кН. Несущая способность сталеполимерного анкера оценивается примерно 140 кН.

Для укрепления почвы используют железобетонные анкеры (рис. 4.9, в). В шпур 1 помещают стержень 2 из арматурной стали периодического профиля диаметром 16—22 мм, а затем заливают шпур цементно-песчаной смесью. Для смеси используют быстросхватывающие цементы марок 400—600 или портландцемент, а также песок фракцией не более 5 мм. На одну часть цемента расходуют одну-две части песка. При необходимости создания первоначального распора 30—40 кН хвостовик анкера делают с резьбой. После отверждения раствора на него одевают опорную плитку 3 и затягивают гайкой 4. Обычно затяжку железобетонных анкеров производят через 2— 3 суток после заливки раствора.

При необходимости установки железобетонного анкера в кровле применяют нагнетательную машину ПН-1, а устье шпура забивают пробкой или клиньями для предотвращения вытекания раствора.
 

Комбинированная и смешанная крепи. Комбинированной называют крепь, состоящую из анкеров и подпорной крепи.

Примером комбинированной крепи может служить крепь из анкеров и набрызгбетона.

Комбинированная крепь КузНИИшахтостроя состоит из анкеров и металлических арок (рис. 4.10). Анкеры устанавливают после возведения рамной крепи и соединяют их друг с другом полосовыми стяжками. Применяют такую крепь в горизонтальных и наклонных выработках, подверженных влиянию очистных работ.

Смешанной называют крепь, несущие элементы которой выполнены из различных крепежных материалов. Широко применяют при проведении выработок с поперечным сечением трапециевидной формы смешанные крепи, состоящие из круглых, прямоугольных или трапециевидных в сечении железобетонных стоек и металлических верхняков из спецпрофиля, двутавровых балок или рельсов (рис. 4.11). Для верхняка используют спец-профиль (от СВП-14 до СВП-27) или двутавровые балки (№ 16—20).

Жесткие смешанные железобетонно-металлические крепи применяют в горизонтальных и наклонных (до 25°) выработках со сроком службы более 3 лет, проводимых по тонким и весьма тонким пластам вне зоны влияния очистных работ. Не рекомендуется устанавливать такую крепь в выработке, расположенной по простиранию пласта при его угле падения более 12°, а также при пучащих породах и значительном боковом давлении.

На сопряжении выработок применяют смешанные крепи, состоящие из железобетонных или деревянных стоек и металлических двутавровых или рельсовых верхняков.

Затяжка. Затяжку укладывают над верхняками и за стойками рамной крепи. Затяжка может отсутствовать, если окружающие породы весьма устойчивы. Для затяжки используют распилы, горбыли, железобетонные пластины, металлические решетки, корытообразный или гофрированный прокат, рулонные стеклопластиковые ограждения. Несущая способность деревянных затяжек составляет от 12 до 85 кПа (срок службы до двух лет), железобетонных — 20—50 кПа, металлических решетчатых — 85 кПа.

В последние годы получили распространение стеклопластиковые затяжки. Они изготовляются из рулонных стеклопласти-

ковых материалов на основе синтетических материалов ВПР-10 или ТСЖ-0,7. В выработку такую затяжку доставляют в виде рулона из полосы длиною 50 м и шириною 0,8—1 м.

Временные крепи. Временная крепь служит для предотвращения обрушения пород кровли непосредственно после их обнажения и во время возведения постоянной крепи. После установки постоянной крепи временную убирают.

Временные крепи делят на предохранительные и поддерживающие. Первые служат в основном для предотвращения травмирования людей в забое, вторые — для удержания кровли от обрушения.

Широкое распространение получили предохранительные консольные крепи, принцип действия которых заключается в выдвижении защитных секций и временного перекрытия кровли из-под постоянной крепи в рабочей зоне забоя. В консольной предохранительной крепи конструкции ВНИИОМШС (рис. 4.12) три металлические сетчатые секции надвигают на забой с помощью лебедки. Перемещение секций осуществляют по балке (монорельсу), а удержание в раскрытом состоянии — телескопическими устройствами.

Поддерживающие временные крепи состоят из стоек и верхняков или анкеров с подхватами. В качестве опорных элементов используют металлические (ВК 8) и гидравлические (ГС-3) раздвижные стойки. Анкеры или штыри заделывают в боковые породы на глубину до 1 м на расстоянии 0,1—0,15 м от кровли.

При возведении рамной постоянной крепи длина участка установки временной предохранительной крепи не должна превышать 3 м. На начало нового проходческого цикла отставание рамной постоянной крепи от забоя не должно превышать шага
 

ее установки. При возведении в выработке бетонной, железобетонной или каменной крепи участок, закрепленный временной крепью, может иметь длину 20—60 м.