 |
Крепление горных выработок
Горная крепь — искусственное сооружение, возводимое в горных выработках для предотвращения обрушения и пучения окружающих пород, сохранения необходимых размеров и рабочего состояния выработок. Горную крепь классифицируют по следующим признакам: по основному материалу — на деревянную, металлическую, каменную, бетонную, железобетонную и смешанную; по сроку службы — на временную и постоянную; по конструкции — на рамную, сплошную, штанговую и комбинированную; по типу или характеру взаимодействия с боковыми породами — на жесткую, податливую; по форме поперечного сечения выработок — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, сводчатую, арочную, кольцевую, эллиптическую и др.; по местоположению на трассе выработки — на крепь протяженных участков, выходов на поверхность (устьев стволов и штолен), сопряжений и пересечений; по условиям работы — на обычную и специальную. Деревянные крепи.
Основной конструкцией крепи является неполная крепежная рама, состоящая из трех элементов: верхняка, двух стоек. Реже применяют полные крепежные рамы, имеющие четвертый элемент — лежень.
Элементы рам изготавливают из круглого леса диаметром 16- 34 см. В зависимости от крепости пород и ширины выработки крепежные рамы устанавливают вплотную одна к другой или на расстоянии 0,5 — 1,2 м одна от другой. В последнем случае кровля и бока выработки затягивают обаполами или досками.
Соединение элементов крепи между собой называют замком. В зависимости от величины и направления горного давления применяют следующие типы замков: в лапу, паз, в зуб, встык, шип и др. При проведении и эксплуатации горных выработок при большом горном давлении применяют усиленные крепежные рамы.
Около 16 % протяженности поддерживающих подготовительных выработок закреплено деревянной крепью, что объясняется легкостью обработки элементов крепи и доставки их в выработку, а также простотой возведения и ремонта крепи. Вместе с тем деревянная крепь недолговечна, опасна в пожарном отношении, имеет недостаточную податливость.
Учитывая достоинства и недостатки деревянной крепи 40 ее целесообразно применять в выработках со сроком службы до двух-трех лет при умеренном горном давлении. Металлические крепи. На угольных шахтах более 60 % капитальных и подготовительных выработок закреплено металлическими рамными крепями.
Применяют следующие основные конструкции металлических крепей: трапециевидные, арочные и кольцевые жесткие крепи из двутавровых балок № 14-20, арочные и кольцевые податливые крепи из спецпрофиля СВП. Наибольшее распространение (около 90 %) из всех металлических крепей получили податливые крепи из СВП, которые бывают трех-, четырех — и пятизвенные. Арочная податливая трехзвенная крепь состоит из отдельных арок, каждая из которых имеет три основных элемента (звена) : верхняк и две стойки, соединенные между собой четырьмя скобами с планками и гайками. Концы верхняка телескопически входят в стойки.
Благодаря такому соединению обеспечивается податливость арки. Вдоль выработки арки между собой соединены тремя межрамными стяжками; одной верхней и двумя боковыми.
В пятизвенной арочной крепи стойки составные, скрепленные внахлестку скобами. Применение дополнительных стоек обеспечивает податливость крепи 500, 700 и 1000 мм. В замках между днищами стойки и верхняка закладываются деревянные прокладки.
После установки арки ее расклинивают в замках на деревянных распорках клином, затягивают кровлю и бока выработки железобетонными, металлическими, стеклопластиковыми или деревянными затяжками. Бетонные и каменные крепи в основном являются жесткими сплошными крепями. Поэтому бетонную монолитную крепь применяют для крепления капитальных выработок (околоствольные дворы, квершлаги, камеры и т. п.). Формы поперечного сечения выработок при бетонных и каменной крепи обычно одинаковые (сводчатые, подковообразные и круглые).
Анкерные крепи. Конструктивно анкерные крепи отличаются от ранее рассмотренных крепей. Анкерные крепи представляют собой систему стержней (штанг), закрепленных в шпурах (скважинах) и расположенных в определенном порядке в породах, окружающих выработку.
К штангам подвешивают опорные плиты, подхваты из прокатных профилей, а также затяжку. Анкеры работают на растяжение, удерживают породы от расслоения, сдвижения и обрушения.
В слоистых породах большой мощности анкерами скрепляют (сшивают) отдельные слои в одно целое. В неслоистых монолитных породах большой мощности анкеры располагают в виде расходящихся лучей, в результате чего образуются сжатые породные клинья, которые не могут обрушаться в выработку из-за самозаклинивания.
Анкерованию могут подвергаться также бока и почва выработок. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике известно более 200 различных конструкций деревянных, металлических, железобетонных и полимерных анкерных крепей.
Для крепления кровли чаще всего применяют металлические и деревянные анкеры, для крепления почвы — железобетонные и деревянные. Временные предохранительные крепи.
При проведении горизонтальных и наклонных горных выработок все работы в забое по уборке горной массы после взрывных работ, а также возведение постоянной крепи должны проводиться под защитой временной крепи, которая предохраняет людей, машины и механизмы в призабойной части от ударов при падении кусков породы. Временную предохранительную крепь устанавливают в выработке до возведения постоянной крепи.
По конструкции ее подразделяют на ограждающую, поддерживающую и упрочняющую. Ограждающая выдвижная крепь выполняется в виде выдвижных перекрытий, состоящих из двух консольных балок 1 (стальные трубы диаметром 75 мм, двутавр № 12-14, спецпрофиль СВП-14) длиной 6-8 м, подвешиваемых к верхнякам рам или арок, на переносных скобах 2 или хомутах.
На выдвижные балки укладывают щиты, сбитые из распилов или брусьев. По мере подвигания забоя скобы (хомуты) переносят ближе к забою и крепь передвигают.
В качестве временной предохранительной крепи могут использоваться крепи с закладными боковыми штырями и деревянными верхняками, с закладными анкерами или крепь-опалубка с анкерами. Поддерживающую крепь выполняют чаще всего из металлических рам (швеллер, двутавр № 10-12) или арок (спецпрофиль СВП-14), допускающих легкую установку, разборку и переноску их ближе к забою.
Рамы и арки устанавливают через 1,2-1,8 м одна от другой. Их применяют при креплении выработок каменной, бетонной и железобетонной крепью.
Анкерная или набрызгбетонная крепь является упрочняющей. Крепь этого типа, как правило, оставляют за постоянной (не извлекают). При проведении выработок проходческими комбайнами также необходимо применять временные предохранительные крепи.
В последние годы созданы передвижные механизированные крепи (КМП), не требующие для перестановки ручного труда и обеспечивающие возведение постоянной крепи с отставанием от забоя без прекращения работы комбайна.