Устойчивость горных выработок

 

Горные выработки должны быть устойчивыми в период их проведения и эксплуатации, т.е. должны сохранять форму и размеры поперечного сечения.

Горная крепь – искусственное сооружение, возводимое в подземных выработках для предохранения обрушения окружающих пород и сохранения необходимых размеров поперечных сечений выработок.

Материалы для горной крепи: древесина; металлические профили, арматурная сталь; цемент; бетон; пластбетон; железобетон.

Крепь горизонтальных горно-разведочных выработок. Основным видом крепи являются крепежные рамы трапециевидной, реже прямоугольной формы, рисунок 13.

 

а) сплошное; б) вразбежку; 1-верхняк; 2-стойки; 3-затяжка

Рисунок 13 - Виды крепления горных выработок

 

Горизонтальные горные выработки в зависимости от срока службы имеют деревянную, металлическую, каменную, бетонную, анкерную или комбинированную крепь.

Достоинство металлической крепи: прочность, долговечность, огнестойкость, возможность повторного использования. Недостатки: отсутствие податливости и меньшая несущая способность элементов крепи, чем в арочных конструкциях. Крепь применяют в виде арок, колец, трапециевидных и бочкообразных рам, изготавливаемых из стальных прокатных профилей или железнодорожных рельсов. Соединения элементов крепи между собой применяют жесткие, шарнирные, податливые, шарнирно-податливые.

Достоинство трапециевидной металлической крепи – простота изготовления и установки, недостатки – отсутствие податливости и меньшая несущая способность элементов крепи, чем в арочных конструкциях.

Арочная крепь выполняется в виде жестких, шарнирных, податливых или шарнирно-податливых конструкций, рисунок 14, д, е.

 

а, б – неполная крепежная рама; в – полная крепежная рама; г – крепь бочкообразной формы; д, е – способ обеспечения податливости крепи

Рисунок 14 - Конструкции металлической рамной и арочной крепи

Наиболее распространена арочная податливая трехзвенная крепь АП-3 из спецпрофиля, рисунок 15, а, с податливостью до 300 мм, состоящая из отдельных арок, устанавливаемых в выработках на расстоянии 0,5-1,25 м одна от другой, межрамных распорок и железобетонных, деревянных или металлических решетчатых затяжек. Арка крепи состоит из верхняка -1 и двух стоек -2, скрепляемых между собой скобами -4 с планками -5 и гайками -6. Арки соединены друг с другом с помощью трех межрамных распорок - 3.

 

Рисунок 15 - Арочная податливая крепь из спецпрофиля

 

Податливость крепи обусловливается скольжением элементов а узлах их сопряжения после того, как внешняя нагрузка превзойдет силы трения и достигнет по вертикали 300-350 мм, благодаря чему во многих случаях удается предотварить разрушение крепи и поддержать выработки без перекрепления в течение длительного или всего срока службы.

Каменная и бетонная крепи применяют в выработках с большим сроком службы при значительном давлении. Бетон и каменная кладка слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим нагрузкам, поэтому крепям придают сводчатую, подковообразную или кольцевую формы.

а – штанги с опорными плитками в кровле; б – штанги с металлическими подхватами в кровле и подошве; в – штанги с деревянными подхватами и затяжкой в кровле и с опорными плитками в боках; г – штанги с металлическим арочным подхватом и затяжкой из сети

Рисунок 16 - Схемы крепления выработок штангами

Анкерная крепь представляет собой систему закрепленных в шпурах штанг, рисунок 16, расположенных в определенном порядке. Замок анкера прочно закрепляется в породах окружающих выработку. Благодаря поддерживающим элементам породы кровли и стенок как бы «сшиваются» и происходит упрочнение массива пород.

В слоистых породах большой мощности анкерами скрепляют отдельные слои в одно целое, рисунок 16, б или прикрепляют к устойчивой основной кровле, рисунок 16, а. В 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, рисунок 16, г.

В настоящее время применяют металлические, железобетонные, деревянные и сталеполимерные анкеры.

Металлические анкеры состоят из круглого стержня, на одном конце которого имеется резьба и гайка, а на другом – замок, с помощью которого анкер закрепляется в скважине.

Железобетонный анкер представляет собой арматурный стержень, закрепленный в шпуре бетоном только в замковой части или по всей длине. Достоинства ж/б анкера – прочный контакт с породой по всей длине анкера, хорошее сопротивление сдвижению, расслоению, выветриванию пород в стенках шпура, долговечность. Недостатки – невозможность восприятия нагрузки сразу после установки, трудоемкость контроля качественного заполнения шпура бетоном, значительный объем подготовительных работ по изготовлению бетона.

Сталеполимерный анкер, подобно ж/б. Стальной арматурный стержень закрепляют в шпуре быстротвердеющим полимер-бетоном.