Металлическая арочная крепь и анкерная крепь

АНКЕРНАЯ КРЕПЬ— горная крепь, основной элемент которой металлический, железобетонный, полимерный или деревянный стержень (анкер), закреплённый в шпуре (скважине).

Предназначена для упрочнения массива горных пород и повышения устойчивости его обнажений путём скрепления различных по прочности породных слоев..

При подземной разработке месторождений полезных ископаемых анкерной крепи применяют для крепления капитальных, подготовительных и очистных горных выработок (независимо от формы, поперечного сечения и срока службы) самостоятельно или в сочетании с рамными крепями; используют также как средство борьбы с пучением пород почвы, укрепления угольного или породного массива, который впоследствии должен разрушаться комбайном (полимерная и деревянная анкерная крепи), для предотвращения отжима угля в очистных забоях, подвески труб различного назначения и закрепления горно-шахтного оборудования. Различают анкерные крепи с закреплением анкеров в донной части шпура, скважины (точечное закрепление) с помощью различных механических замков и по всей длине или значительной её части (сплошное закрепление) химическими составами на основе синтетических смол, цементными (песчано-цементными) растворами, с помощью энергии взрыва.

В России распространена анкерная крепь с точечным закреплением анкеров, которую целесообразно применять в породах с прочностью на одноосное сжатие. Она состоит из металлического анкера длиной 0,8-2,5 метров и диаметром 20 мм, имеющего на одном конце клиновидную головку, на другом — резьбу, двух полумуфт, опорной плиты и натяжной гайки.

Анкерные крепи со сплошным закреплением анкеров целесообразно применять в слабых неустойчивых горных породах; не исключается применение и в более крепких породах. При закреплении анкеров химическим составом (рис. 2) в скважину вводится необходимое количество ампул с химическим закрепителем (смола и отвердитель), а затем стержень, вращаемый с помощью сверла или перфоратора и подаваемый ко дну скважины.

Оболочка ампул разрывается, их содержимое перемешивается. После затвердения химического состава и закрепления анкера устанавливают опорную плиту, создают предварительное натяжение гайкой. При закреплении анкеров (железобетонных) цементными (песчано-цементными) растворами последние подаются в скважину в ампулах или специальным насосом. Анкеры, закрепляемые энергией взрыва (в стадии промышленного освоения), представляют собой металлическую трубу, заполненную взрывчатым веществом. Помещённый в скважину трубчатый анкер после взрывания заряда взрывчатых веществ развальцовывается, принимая форму скважины, и прочно закрепляется. Несущая способность анкера: с точечным закреплением 49-69 кН, со сплошным — 147-196 кН. Применение анкерной крепи позволяет в 2- 2,5 раза снизить трудоёмкость работ по креплению (по сравнению с рамными крепями); значительно снижается расход крепёжных материалов. В подземном транспорте и гидротехническом строительстве анкерная крепь служит для стабилизации массива горных пород в процессе строительства, а иногда и эксплуатации подземного сооружения.

Применение анкерной крепи возможно как в крепких скальных породах, так и нарушенных полускальных при достаточно ровном контуре выработки. Анкерные крепи можно использовать в сочетании с другими видами крепи: полигональной, арочной или из набрызг-бетона. В анкерной крепи используют металлические анкеры с замковыми устройствами (клинощелевые и распорные), железобетонные (набивные, нагнетаемые, "перфо") и полимербетонные, закреплённые по всей глубине шпура (рис. 3, а, б, в).

 

АРОЧНАЯ КРЕПЬ— рамная крепь, состоящая из отдельных креплёных арок (металлических, железобетонных, смешанных), устанавливаемых перпендикулярно продольной оси горной выработки на некотором расстоянии одна от другой. Промежутки между арками, кровлей и боками выработки перекрываются затяжками. Расстояние между арками обычно 0,5-1,25 м.

Арочные крепи предназначены для крепления горизонтальных и наклонных горных выработок при незначительном пучении пород почвы. На шахтах применяют следующие виды арочных крепей: податливую — в выработках со значительным смещением горных пород; жёсткую — в выработках с установившимся горным давлением. Металлическая арка податливой арочной крепи изготавливается из проката специального желобчатого профиля; состоит из верхнего сегмента (верхняка) и двух боковых криволинейных стоек. Стойки с верхняком соединяются внахлёстку при помощи двух скоб с планками; каждая арка соединяется с соседней тремя стяжками (распорками) из угловой стали. Податливость крепи при нагружении осуществляется за счёт вдвигания концов верхняка в боковые стойки арочной крепи.

Несущая способность крепёжной арки (в зависимости от типоразмера спецпрофиля и размеров выработки) в период податливости — 137-216 кН, после исчерпания податливости (в жёстком режиме) — 245-343 кН. Величина податливости трёхзвеиной арки с болтовыми податливыми узлами до 0,3 м. Осваиваются конструкции арочной крепи с безболтовыми (кулачковыми и клиновыми) податливыми узлами и четырёхзвенной крепёжной аркой (верхняк из двух частей, дополнительный податливый узел в своде арки). Арочные крепи этой конструкции имеют большую несущую способность (в податливом режиме) и податливость (до 0,6 м), а четырёхзвенная арка, кроме того, — боковую податливость (до 0,4 м).

Арка жёсткой арочной крепи изготавливается из двутавровых балок или рельсов; состоит из двух криволинейных элементов, жёстко соединяемых в вершине свода при помощи планок и болтов. Планки, плоские (из полосового железа) или фигурные (литые или штампованные), передают нагрузку непосредственно на полки двутавровых балок и предохраняют тем самым болты от среза.

17.Факторы, влияющие на выбор формы и размера поперечного сечения горной выработки являются:
Физико – механические свойства горных пород, назначение и срок службы выработки, положение выработки в пространстве, размеры её поперечного сечения, величина и направление горного давления, количеством воздуха, пропускаемого по этой выработке, максимальными размерами оборудования или транспортных средств, располагающимися в этой выработке, допустимыми зазорами между наружными размерами транспортных средств и внутренней стенкой выработки и многое другое.
Поперечное сечение выработок должны соответствовать типовым их сечениям.
Минимальные площади поперечного сечения, зазоры, ширина проходов для людей, устанавливаются действующими правилами безопасности.
В зависимости от вышеуказанных факторов горные выработки имеют различные формы поперечного сечения:

Формы поперечного сечения горных выработок в зависимости от направления действующих массиве наибольших напряжений а - круглая; б - подковообразная; в - арочная; г - овальная; д - трапециевдная; е - прямоугольная

19. В зависимости от крепости пород выработки проводят буровзрывным способом, с помощью проходческих комбайнов, гидромеханизации, и реже отбойными молотками (в ручную). А еще реже – термическим, электрическим и комбинированными способами.
20.Сущность буровзрывного способа заключается в следующем: разрушение горных пород производится при помощи буровзрывных работ. В забое выработки бурятся шпуры или скважины(врубовые потом отбойные), производится взрывание, затем горную массу грузят погрузочными машинами и транспортируют из забоя транспортными средствами. После выгрузки производится крепление выработки. Затем выполняются вспомогательные операции- наращивание: конвейера, вентиляционного трубопровода, водяного става, переноска энергопоезда, доставка материалов и др. Затем все операции повторяются.(взрыв начин-ся с центра. Примен-ся при крепости породы более 5)

35.Гидравлический способ: разрушение породы производится при помощи гидромониторов (или механогидравлическими комбайнами). Транспорт отбитой горной массы – при помощи воды, обычно самотеком. Затем крепление и вспомогательные операции.примен-ся только по углю крепостью 1,5-1,8.
36.Комбайновый способ: разрушение и погрузка горной породы осуществляется проходческим комбайном. Все остальные процессы, как и при буровзрывной технологии.берет крепость пород 3-4 и даже 6-7.
Комбинированный способ: если перемешены слои (уголь +песчаник и т.п.)

21. Способ вскрытия – совокуп-ть осн-х вскр-щих выработок в шахтном поле относ-но трансп-го горизонта с учетом их функционального назначения.

Различают четыре способа вскрытия:

• вертикальными стволами (универсальный и самый распространенный способ, применяемый в равнинной местности. Данный способ применяется как для пологих и наклонных пластов, так и для крутонаклонных и крутых пластов, в том числе при тяжелых условиях залегания – на большой глубине, при повышенной газоносности пластов, большой протяженности и количестве пластов, их сложной форме и др.)

• наклонными стволами (применять в тех случаях, когда выход пласта покрыт наносами незначительной мощности (50-70 м), в наносах отсутствуют плывуны, залегание пластов спокойное, угол падения пластов 6-25˚.

Длина наклонных стволов не должна превышать 1500-1800 м, так как при больших размерах шахтного поля по падению осложняются условия проветривания шахт и работы вспомогательного канатного подъема, который становится ступенчатым, поэтому способ не применяется при большой протяженности пластов и большой глубине их залегания.

Число одновременно вскрываемых пластов не более трех)

• штольнями (вскрывают пласты, залегающие в районах с сильно пересеченной гористой местностью, когда использование вертикальных или наклонных стволов технически невозможно или экономически нецелесообразно.

Штольневое вскрытие применяется при любых углах падения и количестве пластов)

• комбинированный способ.(данный способ представляет собой синтез рассмотренных выше способов, и имеет целью достичь при наиболее рациональном техническом решении больший экономический эффект от производственной деятельности горного предприятия.

В качестве главной вскрывающей выработки чаще всего используется наклонный ствол, в качестве вспомогательной- вертикальный. Главный наклонный ствол оборудуют мощным ленточным конвейером, который используется для транспортировки угля. Вертикальный ствол оборудуется скиповым подъемом для транспортировки породы на поверхность, а также материалов и оборудования в шахту и обратно).

22. Схема вскрытия – пространственное расположение сети основных и дополнительных вскрывающих выработок в шахтном поле.

Различают следующие основные схемы вскрытия:

• по числу транспортных горизонтов – одногоризонтные и многогоризонтные;

• по типу дополнительных вскрывающих выработок – без дополнительных выработок, с квершлагами (капитальными, горизонтными, этажными), с гезенками (капитальными и этажными), со слепыми стволами.

При одногоризонтной схеме вскрывают как отдельные пласты, так и свиты пластов. При этом вскрытие осуществляется вертикальными стволами и капитальным или этажными квершлагами в зависимости от способа подготовки шахтного поля, реже – с использованием гезенков. Одногоризонтный способ вскрытия применяют в тех случаях, если размер шахтного поля по падению не превышает 2,5-3 км, а угол падения пласта меньше 16-18˚.

При многогоризонтной схеме вскрытия шахтное поле делят на три – четыре части с размерами по 1000-1200 м. Главные вскрывающие стволы могут быть пройдены либо сразу на полную глубину, либо углубляются по мере отработки текущей выемочной ступени. Для вскрытия пластов в пределах выемочной ступени используют горизонтные либо этажные квершлаги. Многогоризонтный способ вскрытия применяют при значительных размерах шахтного поля по падению (более 3 км) и различных углах падения пластов.

23.Система разработки. определенный порядок ведения подготовительных и очистных работ в пределах разрабатываемой части шахтопласта, увязанный в пространстве и времени. Наибольшее влияние на выбор системы разработки оказывают мощность и угол падения пласта. Сплошная система – разработки, при кот-х подготовительные и очистные работы в пределах этажа,яруса или выемочного поля ведутся одноврем.прямым ходом(от главной наклонной выработки,брендберга или уклона)к границам шахтного поля(панелям).Примен-ся на тонких пластах. «+»:небольш.объем подготов-х работ до начала очистной выемки;простая схема вентиляции;может примен-ся в слож-х эк-ких усл-ях на тонких пластах. «-»:высок.трудоемкть проведен.поддержания выработок;нет доразведки пласта;остановка очист-го забоя ведет к остановке подготовит-го забоя;в подгот-ном и очистном забоях примен-ся разные виды оборуд-ния. Камерная система разработки характеризуется отработкой выемочного пространства узкими и длинными очистными выработками – камерами. Длина камер достигает 200-250 м ширина 4-12 м. Забой в камерах подвигают по восстанию пласта или диагонально до границ шахтного поля или панели. Между смежными камерами оставляются целики шириной 3-5 м.Проходка выработок и выемка угля в камере осуществляются специальными комбайнами.

24.Столбовая система. разработка, при кот.все подгот-ные выраб-ки в пределах яруса,этажа или выемоч.поля провод-ся прямым ходом(от глав.наклонной выработки к границам участка, а очистные работы ведутся в противоположном направлении - обратным ходом.Хар-ся независимым ведением подготов-х и очист-х работ.На момент начала выемки все подготов-е работы д/б выполнены. «+»:все подгот-е выраб-ки нах-ся в нетронутом состоянии; т.к.выемочный столб отраб-ся обратным ходом, то крепь выработок м/исполь-ся повторно;уголь в выемоч-м столбе выним-ся сплошным длинным прямолинейным забоем=>возм-но достичь больш.нагрузки на очист.забой 5-10тыс.т.в сутки; при проведении подготов.выраб-ки произв-ся доразведка пласта;можно быстро изолировать пожар. «-»:длит-ные подготов-ные выраб-ки=>позднее начало очист-х работ;трудное проветривание длин-х выр-ок.Нет ограничений по мощности и углу наклона пласта.

 

25.Очистная выемка –совок-ть работ по отбойке,отгрузке угля на забойный конвейер,доставку угля на перегружатель(конвейерный штрек),далее на ленточный конвейер,кот.траспор-ет до бренберга.а также крепления очистн.забоя и управление кровлей. 1.выемка угля-осущ-ся механич-м способом,гидравлич-им,механизиров-м.Наиб.распр.механический-он осущ-ся очистными комбайнами,кот.отбивают уголь,грузят его на забой-е конвейерыисполнительным органом самого комбайна.2.крепление – механизированные, самопередвижные крепи.Крепь состоит из:основания,перекрытия,гидравл.стойки,рычаги ограждения от разруш.,козырек,комбайн,скребковый конвейер, шнеки комбайна,домкрат передвижки,домкрат козырька. 3.транспорт угля.4.управление кровлей:а)способ полного обрушения кровли,применся когда под кровлей залегают легкообруша-ся породы б)способ частичного обрушения применся на тонких пластах,когда кровля обруш-ся на участках длиной до 12 метров;.в)способ полной закладки-пространство закладывается породами доставаемыми с поверхности;г)способ плавного опускания примен-ся на тонких пластах,когда слои склонны к плавным прогибам.

26. Мощные пласты в некоторых горно- геологических условиях не представляется возможным отрабатывать на полную мощность. Их отработку осуществляют отдельными частями – слоями. Слой – ограниченная двумя параллельными плоскостями часть мощного угольного пласта, отрабатываемая как пласт средней мощности. Деление пластов на наклонные слои применяется при их пологом залегании и мощности 3,5-5 м с обрушением пород кровли, и при их крутом залегании и мощности до 12 м с выемкой угля полосами по простиранию. Отработку слоев, как правило, ведут столбовыми системами разработки. В каждом слое для подготовки его к очистной выемке проводят необходимые подготовительно – нарезные выработки. Откаточный штрек проводят один на несколько слоев.

27. Рудничный воздух: атмосферный воз.(21%-О2,78%-азот,0,3%-СО2),активные газы (ядовитые-СО,окись азота,сероводород; взрывчатые –метан и радиоактивные-родон,актион).Все эти газы образ-ся в рез-те окисления пород,гниения лесных мат-лов и процессов горения в рез-те подземных пожаров.

28.Метан СН4.легче воздуха=>скаплив-ся вверху выработки=>датчики ставят там.Выделения метана: обыкновенные;суфлярные-из крупных трещин и пустот в пласте;суфлярные с внезапным выбросом-при взрывоопасных выработках. Исходящая струя из шахты N=содерж.0,65%метана.Шахты делят: 1катег-выдел-ся до 5м3/т.2катег-5-10м/т;3катег 10-15; 4катег более 15м3/т. Разжижить газ можно: ↑скорость движения воздуха (N=6-8 м/с); ↑сечения выработки (6м3); ↓добычу угля,чтоб вентиляция успевала разжижать метан;дегазация пласта- бурят скважины в пласте параллельно трансп.штреку или по диагонали к нему.

29.Рудничная пыль- совок-ть минер-ных частиц,взвешенных в рудничном воздухе или осевших на кровле и стенках выработки.1)угольная пыль-обр-ся при бурении шпуров,выемке угля, погрузке-разгрузке из транс.срв.Уголь.пыль развив.болезнь антракоз.2)породняя пыль-заболев.селикоз. Угольная пыль взрывается.причиной м/б взрыв небольш.кол-во метана.При отсут-ии метана взрывам предшествует накопление тепла и образов-е газообраз-х продуктов.Облако пыли способно к самовозгоранию вслед-ии трения пылинок др.от др.На взрываемость пыли оказ-ет влияние содерж-е в пыли летучих вещ-тв.Наиб.взрыв-ть пыли при содерж. Летуч.вещ-в 17-30%.На взрывч-ть пыли оказ влиян зольность пыли (по содерж.негорючих вещв).При сожерж.40%золы взрыв не происходит.не дает взорваться и влажность.=>меры:орошение;отсланцевание и связывание осевшей пыли инертной пылью;обмывать бока и крышу кровли;при добыче угля исполь-ть машины с крупным сколом.

30.Способы проветривания шахт:1. нагнетательный 2,всасывающий и 3комбинированный(для больших систем выработок)

1.◘ 2. ↓ ◘

↓╚═□╝ ╚═□╝

Проветривание шахты, вентиляция шахт, создание в подземных выработках шахт нормальных атмосферных условий; исключает вредное воздействие на человека содержащихся в рудничной атмосфере ядовитых газов, высоких и низких температур, а также предотвращает образование опасных скоплений вредных газов. П. ш. осуществляется непрерывно действующими вентиляторами, устанавливаемыми на поверхности и подающими в шахту чистый атмосферный воздух. В исключительных случаях допускается проветривание отдельной группы горных выработок (выемочных участков) подземными вспомогательными вентиляторами. Все горные выработки шахты должны проветриваться за счёт тяги (депрессии), создаваемой общешахтным вентилятором.

Различают центральную (рис.1, а), фланговую (рис. 1, б) и комбинированную (центрально-фланговую) схемы П. ш. Комбинированная схема включает различные варианты центральной и фланговой схем.

П. ш. характеризуется количеством подаваемого в шахту воздуха и величиной депрессии вентилятора. Необходимое количество воздуха определяется из условий: разбавления до допустимых норм метана, углекислого газа и газов, образующихся при взрывных работах; обеспечения работающих в шахте достаточным количеством чистого воздуха; снижения до санитарных норм содержания пыли в горных выработках. В результате этих расчётов принимается наибольшее количество воздуха с учётом величины утечек через герметизирующие устройства, выработанное пространство и разделительные вентиляционные устройства (кроссинги, перемычки и др.).

Рассчитанное по этим факторам количество воздуха проверяется по минимально и максимально допустимым скоростям его движения, исходя из требований температурных условий работы, удаления вредных газов и пыли из действующих выработок, а также предупреждения пылеобразования.

Тупиковые горные выработки могут проветриваться местными вентиляторами путём нагнетания чистого воздуха в призабойное пространство по воздухопроводу (нагнетательный способ), отсасывание из призабойного пространства загрязненного воздуха (всасывающий способ) или сочетания нагнетания чистого и отсасывания загрязнённого воздуха (рис. 2).

П. ш. совершенствуется аэродинамическим сопротивления работок за счёт увеличения поперечного сечения (применение обтекаемого профиля, ликвидация резких сужений сечения выработок и резких поворотов); внедрения более эффективных схем вентиляции шахт и участков; снижения выделения в действующие горные выработки вредных газов с помощью дегазации шахт; снижения температуры в действующих горных выработках (посредством кондиционирования воздуха и теплоизоляции окружающих горных пород). См. также аэрология.

31. Вентиляторы быв.осевые и центробежные-воздух подается к центру и поворач-ся на 90˚ на переферию. Подготовительные забои проветрив-ся местными вентиляторами.Очистные исп.возвратноточный способ либо прямоточный (сокращенный путь по выработке)