Методы управления горным давлением
Способы управления горным давлением при очистной выемке можно разделить на 3 группы:
1.) естественное поддержание очистного пространства при выемке руды;
2.) обрушение вмещающих пород на отбитую руду (т.е. при выемке руды очистное пространство не поддерживается);
3.) искусственное поддержание очистного пространства при выемке руды.
1. Естественное поддержание очистного пространства при выемке руды осуществляется за счет естественной устойчивости окружающих пород и еще не выработанных участков руды. Горное давление при этом регулируют за счет выбора формы и размеров очистного пространства и размеров поддерживающих целиков.
2. Обрушение вмещающих пород на отбитую руду, произведенное своевременно, позволяет избежать внезапных самообрушений больших масс пород и снижает опорное давление в соседних блоках. Обрушение вызывают или обнажением пород, или взрыванием зарядов ВВ.
3. Искусственное поддержание очистного пространства при выемке руды осуществляется с помощью закладки или реже крепления. Искусственное поддержание связано с затратами труда и материалов, поэтому применяют его главным образом тогда, когда другие способы управления горным давлением неприемлимы технически или не обеспечивают достаточно полной и чистой выемки руд.
Вопросы определения рациональных размеров целиков и камер были рассмотрены ранее, а обрушение пород рассматривается при изучении систем разработок, при которых его применяют. Сейчас рассмотрим основные положения систем разработки с закладкой выработанного пространства.
Закладка заключается в заполнении выработанного пространства пустыми породами или другими материалами и представляет собой один из производственных процессов очистной выемки.
Применение закладки требует затрат, но дает возможность отработать запас этажа без оставления целиков и без обрушения вмещающих пород. Это обеспечивает минимальные потери и разубоживание руды, позволяет сохранить земную поверхность и отрабатывать возгорающиеся руды.
Закладка применяется при разработке ценных руд цветных, благородных и радиоактивных металлов, высококачественных железных руд и иногда горно-химического сырья.
Различают закладку самотечную, механическую, пневматическую, гидравлическую и твердеющую.
Самотечная закладка применяется чаще всего после полной отработки очистной камеры. Материал – пустые породы, получаемые попутно при проведении горных выработок, а также пески, гравий и скальные породы, поступающие с отвалов.
При механической закладкезакладочный материал распределяют в очистном пространстве с помощью скреперных установок, самоходного оборудования, конвейеров, а также метательных закладочных машин.
Гидравлическая закладкасостоит из следующих операций: подготовка закладочного материала (например, дробление), смешение его с водой, гидротранспортирование пульпы по трубам, подготовка выработанного пространства к гидрозакладке, намыв закладочного массива, отвод и осветление воды с последующей ее откачкой на поверхность.
Твердеющая закладка.В качестве закладочного материала используется смесь инертных материалов с вяжущими добавками, которые, реагируя с водой, образуют монолитный массив. Закладочная смесь состоит из инертных наполнителей (песок, гравий, щебень, обесшламленные хвосты обогатительных фабрик, гранулированный шлак), вяжущего, пластификаторов и воды. В качестве вяжущего используют цемент, природные химические соединения (ангидрид, гипс, пирротин), а также молотые шлаки доменного производства и золы ТЭЦ. Прочность закладочных материалов на сжатие относительно невысока (в основном 2,5-7,0 МПа). Тем не менее по устойчивости закладочные массивы за счет вязкости близки к массиву устойчивых пород и выдерживают обнажения, например, вертикальные до 50х50 м 2 и более.
Влияние на горное давление оказывают в значительной степени технологические параметры при проведении горных выработок. Так если образованы две выработки, то горное давление в интервале между ними по сравнению с опорным давлением близ одиночной выработки возрастает в тех случаях, когда расстояние между выработками менее, чем расстояние между максимальными значениями вертикальных сжимающих напряжений. Отсюда следует, что, во-первых, подготовительные выработки по возможности следует располагать на расстоянии от очистного пространства больше, чем расстояния максимальных сжимающих напряжений; во-вторых выемку руды желательно вести так, чтобы число узких участков между очистными выработками было минимальным; в-третьих, образовывать одну очистную выработку от другой на меньшем расстоянии можно лишь при условии, что в этой другой выработке уже возведена искусственная опора (например, из бетонной закладки).
Источник
Способы управления горным давлением
Процессы перераспределения напряжений с образованием вокруг контура выработки различных зон обрушений пород развиваются во, времени с разной скоростью в зависимости от горно-геологических условий: состояния пород, степени трещиноватости, глубины заложения выработки и ее размеров. При хрупкой горной породе и большой величине действующих на контуре напряжений (особенно при наличии тектонических процессов) возможно внезапное взрывообразное разрушение поверхностей обнажений – горные удары. Горным ударам иногда сопутствует отскок от плоскостей обнажения различных по размерам частей породы с большой скоростью — «стреляние» пород.
При большой пластичности пород и неустойчивом состоянии контура выработки иногда происходит медленное течение пород внутрь выработки без заметного разрушения сплошности массива.
Совокупность сил, действующих в массиве вокруг горных выработок, принято называть горным давлением. В более узком понимании горным давлением называют давление горных пород, окружающих выработки, на горную крепь.
Горное давление проявляется в разных формах, главными из которых являются деформации боковых пород, их обрушение, деформации и разрушение крепей, горные удары, пучение и др. Характер проявлений горного давления зависит от многих факторов: физико-механических свойств массива горных пород, их трещиноватости, формы и размеров подземных выработок, глубины их заложения, срока службы, наличия или отсутствия крепи и др.
Для охраны горных выработок от обрушения и безопасного ведения горных работ в них намечают мероприятия по регулированию проявлений горного давления, которые обычно называют мероприятиями по управлению горным давлением. Эти мероприятия сводятся к выбору крепи и рациональных способов крепления выработок, а также проведению специальных мер по предупреждению массовых обрушений боковых пород в очистные выработки, предотвращению горных ударов и внезапных выбросов угля и газа. Для охраны капитальных и подготовительных выработок глубоких шахт перед постановкой крепи окружающий выработку массив иногда упрочняют различными специальными способами для повышения устойчивости породных обнажений и крепи выработок.
По условиям поддержания выработки подразделяют на две основные группы:
— Первую составляют выработки, находящиеся вне зоны влияния очистных работ.
— Вторую группу составляют выработки, находящиеся в зонах опорного давления и сдвижения пород выработанных пространств, создаваемых в результате выемки рудных тел или угольных пластов.
Известны следующие способы управления горным давлением для охраны выработок глубоких горизонтов:
1. использование естественных горно-геологических условий;
2. снижение действующих напряжений в массиве пород, окружающих выработку;
3. использование рациональных конструкций крепей;
4. упрочнение пород;
5. применение современной рациональной технологии сооружения выработок.
1. Использование естественных горно-геологических условий для охраны капитальных выработок сводится к размещению их в прочных породах и расположению вкрест простирания пород. Опыт показывает, что выработки, пройденные вкрест простирания пород, имеют значительно большую устойчивость по сравнению с выработками, пройденными, по простиранию.
Подготовительные выработки лучше проходить вне зоны влияния очистных работ или в обширных зонах разгрузки, которые образуются над и под очистными выработками больших размеров.
2. Снижение напряженного состояния массива горных пород сводится к его подработке посредством выемки расположенного над массивом пласта. Напряжения в горном массиве в этом случае понижаются, что сказывается на повышении устойчивости выработок, расположенных ниже пласта. Иногда делают специальную разгрузку массива путем образования в нем вертикальных или горизонтальных щелей взрывными скважинами.
3. Управление горным давлением с использованием рациональных конструкций крепей заключается в выборе и возведении для конкретных горно-геологических условий жестких или податливых видов крепей. Этот выбор производится при условии, что заранее известна величина смещений породного контура выработки.
4. Эффективным способом повышения устойчивости выработок в слабых и трещиноватых породах на глубоких горизонтах является упрочнение массива способом тампонажа. Применение этого способа способствует восстановлению естественной прочности массива, а иногда и искусственному повышению его прочности. Наибольшее распространение получили механический (анкерная крепь), термический (замораживание) и физико-химический (цементация, химическое укрепление) способы упрочнения пород.
4.1. Анкерную крепь как средство упрочнения горных пород широко применяют в угольной и горнорудной промышленности. Наибольший эффект достигается после нагнетания раствора в массив через шпуры с последующей установкой железобетонных анкеров.
4.2. Упрочнение горных пород способом замораживания применяют в основном при проходке вертикальных стволов в сильно обводненных породах. Это наиболее трудоемкий и дорогостоящий способ охраны выработок в период проходки.
4.3. Для обеспечения и повышения устойчивости капитальных выработок, пройденных в слабых легкообрушающихся породах, в последнее время применяют на шахтах Донбасса упрочнение пород посредством тампонажа (цементации) горного массива. Вокруг выработки, таким образом, создается прочная породная оболочка, способная выдержать значительное горное давление.
5. Управление горным давлением путем применения рациональной технологии включает следующие способы:
— применение контурного взрывания, или комбайнового способа проведения;
— проведение выработок в два этапа;
— возведение жестких крепей с отставанием от проходческих работ;
— последовательное ведение проходческих работ в выработках, расположенных параллельно;
— забутовка (заполнение) пустот между крепью и породным обнажением.
5.1. Применение контурного взрывания, или комбайнового способа проходки, способствует снижению коэффициента концентрации напряжений на контуре выработки в 2—3 раза по сравнению с обычным буровзрывным способом проходки. Неровности контура за крепью обычно создают сосредоточенную нагрузку на крепь, вызывающую ее деформацию и разрушение.
5.2. Сущность способа двойной проходки выработки заключается в проведении передовой выработки с временной податливой крепью и последующим расширением ее до проектных размеров. Расширение выработки до проектных размеров производится с отставанием во времени на 2—3 мес с одновременным возведением постоянной жесткой крепи. Такой способ проведения способствует постепенному снижению напряжений в зоне неупругих деформаций и лучшей сохранности крепи выработки. Этот способ применяется в Донбассе.
5.3. Возведение жестких крепей с отставанием от проходческих работ на 1—4 месяца способствует тому, что за этот период реализуется 50—80 % конечных смещений породного контура и крепь не разрушается. В слабых трещиноватых и обводненных породах, где смещение пород носит незатухающий характер, возведение жесткой крепи ведут с отставанием в 1,5—2 месяца от проходческих работ. При длительных перерывах в проходческих работах постоянная крепь должна отставать от забоя на 15—20 м, так как забой выработки сдерживает проявление смещений пород только на расстоянии 10—15 м. Время и место возведения податливой крепи не оказывают существенного влияния на устойчивость выработок при условии совпадения направлений податливости и наибольших смещений пород.
5.4. Существенное влияние на устойчивость капитальных выработок оказывают их взаимное расположение и последовательность проходческих работ. Практика показывает, что большая изрезанность массива пород в пределах околоствольных дворов является одной из причин разрушения крепи. Так, при расположении выработок на относительно небольшом расстоянии одна от другой коэффициент концентрации напряжений на контурах увеличивается в 1,2—1,5 раза. На основе наблюдений установлено, что взаимное влияние выработок в породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова f = 3÷8, пройденных на, глубинах 600—1000 м, исключается, если расстояние между ними не менее 15—20 м (для глубин 600 м) и не менее 20—50 м (для глубин 1000 м). Меньшие расстояния между выработками относятся к породам с f = 8. Если невозможно выдержать эти расстояния между выработками, то параллельные выработки должны провериться одновременно с последовательным ведением в них проходческих работ.
5.5. Для снижения и более равномерного распределения горного давления на крепь существенное влияние оказывает забутовка пространства за крепью выработки. Правильный выбор вида забутовки и ее параметров значительно способствует улучшению условий работы крепи.
Источник
Принципы и способы управления горным давлением при очистных работах
Основная часть (170 минут)
Вопрос №1 – «Общие сведения о горном давлении. Крепи капитальных и подготовительных горных выработок». (20 минут)
Трудность обеспечения сохранности открытого пространства (полости обнажения) в горном массиве при очистных работах зависит от следующих основных факторов:
— от устойчивости к обрушению массивов руды и вмещающих горных пород;
— размеров свободной, не заполненной горными породами подземной полости в горном массиве;
— времени, на которое должна быть обеспечена сохранность этой полости;
— способа образования подземной полости;
— способа поддержания очистного пространства;
— направления и порядка развития горных работ.
Первый влияющий фактор обычно связывают с крепостью и трещиноватостью массивов полезного ископаемого и вмещающих горных пород: чем крепче горный массив, тем легче в нём сохранить свободное пространство.
| Область информации |
Способы управления горным давлением при очистных работах
Существуют принципиальные способы управления горным давлением при очистных работах, или, что по характеру работ то же самое, — поддержания очистного пространства, которые выполняются за счёт:
— использования естественной устойчивости и несущей способности массивов руды и вмещающих горных пород;
— периодического обрушения части подработанного массива вмещающих горных пород в выработанное пространство;
— заполнения выработанного пространства породной массой (закладкой) или как вариант заполнения — льдом (ледовая закладка);
— временного оставления в выработанном пространстве отбитой рудной массы (магазинирование руды);
— применения различных видов специальных крепей;
— упрочнения (омоноличивания) проблемных частей массива горных пород в очистном пространстве.
| Область информации |
На этих принципах базируются технологические способы обеспечения безопасного состояния рабочего очистного пространства в различных горнотехнических условиях подземного горнодобывающего производства.
Общая теория горного давления изучается в учебной дисциплине «Геомеханика». В ней рассматриваются физическая сущность явления горного давления, вопросы управления состоянием горных массивов в границах рудничного поля и инженерные методы управления геомеханическими процессами для шахты или рудника в целом, а также для примыкающих к нему территорий.
Горной крепью называют специальные конструкции, возводимые в подземных выработках для сохранения необходимых размеров их поперечного сечения и предотвращения обрушения.
Вопрос №2 – «Классификационные признаки горных крепей». (20 минут)
Классификация горных крепей
| По сроку службы |
| Временные |
| Постоянные |
| По характеру работы |
| Жесткие |
| Податливые |
| Шарнирные |
| По виду материала |
| Металлические |
| Каменные |
| Бетонные |
| Железобетонные |
| Деревянные |
| Смешанные |
| Анкерные (штанговые) |
| Полимерные |
| По конструктивным признакам |
| Сплошные |
| Рамные |
Форма, размеры горных выработок и виды крепей
Форма поперечного сечения выработки определяется удобством ее эксплуатации, условиями сохранения длительной устойчивости, материалом и конструкцией крепи и другими факторами.
Наиболее устойчива круглая форма поперечного сечения выработок с гладким контуром, но проведение ее очень трудоемко. Поэтому круглыми делают, как правило, выработки длительного срока существования, в первую очередь, вертикальные стволы, а в слабых породах иногда и главные откаточные горизонтальные выработки.
Горизонтальные и наклонные выработки имеют, как правило, в устойчивых породах, сечения прямоугольные или в виде свода, в недостаточно устойчивых — трапециевидные, так как для перемещения людей и грузов необходима плоская подошва выработок.
Размеры поперечного сечения выработок определяются в зависимости от типа и размеров транспортных устройств, величинами зазоров между оборудованием и крепью или стенками выработки, а в ряде случаев — необходимым количеством воздуха, которое требуется подать по выработке. Скорость движения струи воздуха по выработке регламентирована Едиными правилами безопасности (ЕПБ) и в основных транспортных выработках не должна превышать 8 м/с, по условию пылеобразования.
Кроме того, необходимо учитывать, что размеры поперечного сечения выработки, особенно ее ширина, не могут быть больше определенной величины — допустимого пролета, который зависит от устойчивости окружающих пород к обнажению.
Размеры выработок принимают в соответствии с типовыми сечениями, т.к сечения выработок стандартизованы. Площадь поперечного сечения стволов изменяется от 12 м 2 до 60 м 2 , что для круглого сечения соответствует диаметру ствола от 4 м до 9 м.
| При щелчке мыши возможность перейти в область просмотра (рис.8) |
Правилами безопасности предусмотрено, что главные откаточные и вентиляционные выработки должны иметь сечение не менее 4 м 2 при металлической и деревянной крепи и не менее 3,5 м 2 при бетонной крепи. Высота выработок в свету не менее 2 м от головки рельсов. При электровозной откатке с одной стороны выработки должен быть свободный проход для людей не менее 0,7 м, а с другой стороны не менее 0,25 м при металлической и деревянной крепи и не менее 0,2 м при бетонной крепи. При конвейерном транспорте проход для людей также равен 0,7 м, а с другой стороны выработки — 0,4 м. Расстояние от конвейерной ленты до кровли выработки — не менее 0,5 м.
Поперечные сечения выработок:
а — трапециевидное; б — прямоугольно-сводчатое
Транспортные выработки при автомобильной откатке: а — поперечное сечение выработки, б — перегрузочный пункт.
Вопрос №3 – «Основные виды крепи капитальных и подготовительных горных выработок (деревянная, железобетонная, металлическая, анкерная и пр.). Крепь сопряжений». (100 минут)
Временные горные крепи
Временная крепь поддерживает выработку на некотором расстоянии от забоя в процессе проведения выработки и через короткий период времени заменяется постоянной крепью. Она проще, легче постоянной крепи, и на ее возведение затрачивается меньше времени.
Постоянные горные крепи
Постоянная крепь поддерживает выработку в течение всего срока ее существования.
Жесткие горные крепи
Крепь не обладающая податливостью.
Жесткая горная крепь
| Область информации |
Податливые горные крепи
Податливая крепь — горная крепь, имеющая конструктивные элементы (узлы) податливости, позволяющие сохранять несущую способность крепи при значительных изменениях её размеров вследствие смещения пород на контуре выработки.
Податливые крепи применяют в выработках, испытывающих влияние очистных работ, а также, при отсутствии их влияния, в выработках, пройденных по породам средней устойчивости и неустойчивым.
В одном из первых видов горной крепи (деревянной) элементами податливости служили клинья и прокладки, размещаемые над стойками, а также сминающиеся концы верхняков крепёжных рам или внедряющиеся в мягкую почву концы стоек.
В арочных крепях с элементами из стального проката первоначально применяли податливые опоры в виде башмаков различной конструкции (например, из труб, в которые забивали дубовые пробки). В современных типах такой податливой крепи выполняется податливое соединение внахлёстку элементов крепи со стяжкой их соединительными хомутами.
В гидрофицированной податливой крепи податливость достигается за счёт опускания выдвижной части гидравлических стоек при срабатывании предохранительного клапана. В блочной крепи элементами податливости служат сминающиеся прокладки, в двухслойной крепи — сминающийся податливый наружный слой. В анкерной податливой крепи узлы податливости, обеспечивающие удлинение анкерного стержня при смещении горных пород, размещают либо в скважине, либо у её устья. В современных конструкциях анкеров такой податливый элемент — участок стержня, выполненный из металла, обладающего повышенной деформативностью (хромоникелевая сталь).
| Область информации |
Основные технологические параметры податливой крепи — предельная податливость, или предельная просадка (т.е. предельное уменьшение длины стойки), и сопротивление податливости. Первый параметр равнозначен податливости, превышение которой может привести к разрушению крепи с потерей несущей способности или к недопустимому уменьшению площади сечения выработки; второй — к реакции сопротивления смещению пород внутрь выработки, оказываемой крепью в период её податливости (характеристику этого процесса называют рабочей характеристикой податливой крепи). В соответствии с этим параметром различают крепи нарастающего и постоянного сопротивления. Податливые крепи нарастающего сопротивления, кроме того, делят на крепи крутонарастающего и пологонарастающего сопротивления. Податливые крепи постоянного сопротивления по своей характеристике в большей степени, чем крепи нарастающего сопротивления, соответствуют механизму смещения горных пород и лучше препятствуют их расслоению.
Сопротивление податливой крепи в начальный момент срабатывания податливости называется её начальным сопротивлением (для предотвращения расслоения горных пород оно должно быть не меньше 50-70% рабочего), а среднее значение максимального допустимого его значения — номинальным рабочим сопротивлением.
| Область информации |
Шарнирные горные крепи
Шарнирная крепь — сборная крепь, элементы которой состыкованы шарнирно и могут перемещаться относительно друг друга вокруг оси шарнира без нарушения работоспособности и несущей способности крепи. Шарнирные стыки в такой крепи не воспринимают и не передают изгибающие моменты, поэтому элементы крепи, имеющие сравнительно небольшую длину, работают главным образом на сжатие и лишь в незначительной степени на изгиб, вследствие чего элементы шарнирной крепи могут быть выполнены более лёгкими и дешёвыми по сравнению с элементами жёсткой крепи при той же несущей способности в целом. Чем больше количество элементов в шарнирной крепи, тем меньше длина элементов и лучше условия работы её на изгиб. Однако увеличение количества шарниров отрицательно сказывается на устойчивости крепи, удорожает её и затрудняет монтаж, поэтому шарнирные незамкнутые крепи в большинстве случаев состоят из 3-5 (в редких случаях большего количества) элементов. При небольших смещениях боковых пород в шарнирно-арочных, панельных, блочных и тюбинговых крепях наибольшее распространение получили шарнирные сопряжения элементов по цилиндрическим поверхностям. В этом случае каждый элемент в торцевой части имеет с одной стороны цилиндрическую выпуклость, с другой — выемку с немного большим радиусом кривизны.
При значительных смещениях боковых пород применяют более устойчивые шарнирно-болтовые соединения, в которых растягивающие усилия воспринимаются болтами, а сжимающие и боковые — соответствующими опорными поверхностями шарниров.
| Область информации |
Металлические горные крепи
Металлическая рамная крепь вследствие высокой прочности, долговечности и огнестойкости получила широкое распространение на угольных шахтах. На рудниках и геологоразведочных работах эта крепь применяется значительно реже — только в сложных горно-геологических условиях и при высоком горном давлении. Стоимость металлической крепи выше, чем деревянной. При проведении разведочных выработок иногда применяют арочную податливую крепь (АП), состоящую из трех сегментов специального шахтного проката: верхнего (арка) и двух боковых (стойки). Эту крепь можно применять в выработках с углом наклона до 25° при значительном горном давлении. Концы арки 1 накладывают на стойки 2 (на 40 см) и место соединения стягивают хомутами 3 при помощи гаек 4. Податливость крепи обеспечивается за счет смещения стоек на величину 300—350 мм. Стойки 2 опираются на деревянные лежни 5 и опорные плиты 6. При скальных породах стойки устанавливают в лунки. Для обеспечения устойчивости рамы по оси выработки соединяются между собой стяжками 7 из старых рельсов или другого стального проката, которые крепят к раме скобами (узел III).
Однако металлическая крепь дороже деревянной и более трудоемка при возведении. Поэтому выбор крепи в этих условиях может быть окончательно решен только технико-экономическим расчетом.
Доставочные выработки крепят в основном анкерами, или в сочетании с тросами и сеткой. Если массив подвержен выветриванию, то выработки дополнительно покрываются слоем набрызгбетона или герметика. Для крепления выработок, которые должны сохраняться много лет, применяют крепь из монолитного, реже из сборного бетона и железобетона, причем, чем больше горное давление и чем слабее породы, тем мощнее крепь. Круглые стволы в слабых обводненных породах крепят чугунными тюбингами.
Если кровля очистных выработок нарушена трещинами или имеет слоистый характер, используют анкерную крепь, которая считается одной из самых прогрессивных систем крепления горных массивов
Арочная податливая крепь
1-концы арки; 2-стойки; 3-хомуты; 4-гайки;5-деревянные лежни; 6-опорные плиты; 7-стяжки
| Область информации |
Каменные горные крепи
Каменная крепь — горная крепь из горных пород или искусственных материалов (кирпич, бетонные и литые шлаковые камни). Применяют в вертикальных, наклонных и горизонтальных выработках с длительным сроком службы при значительном горном давлении. При сплошной каменной крепи поверхность выработки перекрыта полностью каменной кладкой. Промежутки между арками закреплены затяжками. B горизонтальных выработках перекрытию каменной крепи придают сводчатую форму, а стенкам — прямолинейную или криволинейную (при боковом давлении). При наличии давления со стороны пород почвы выработки каменную крепь сооружают замкнутой формы. Каменную крепь связывают с боковыми породами путём забутовки закрепного пространства бетоном или мелкой породой на растворе. B горизонтальных выработках чаще всего применяют каменную крепь из бетонного камня co сводчатым перекрытием и прямыми стенами (бетонная крепь). Толщина крепи (свода и стен) 30-50 см, фундаменты заглубляют в почву выработки на 70-30 см, а со стороны водоотводной канавы — на 50-70 см. Для кладки прямых стен применяют прямоугольные бетониты, для сооружения крепи криволинейной формы — клиновидные. Масса бетонитов от 20 до 45 кг. Несущая способность сплошной цилиндрической бетонитовой каменной крепи до 17,5 МПa. Каменную крепь возводят постепенно, участками по мере проходки выработки. По длине выработки через 10-20 м в каменной крепи устраивают осадочные швы. B выработках c углом наклона свыше 10° сооружают ступенчатые фундаменты крепи (с выступом ступени 0,4-1 м). B вертикальных выработках каменная крепь представляет собой сплошной цилиндр из камней, выложенных горизонтальными рядами. Толщина кирпичной крепи (в зависимости от свойств пород, диаметра и глубины ствола) 1-2,5 кирпича (25-75 см), бетонитовой крепи равна длине бетонита (обычно 40 см). Опорные венцы при каменной крепи делают из монолитного бетона.
Достоинство каменной крепи — способность воспринимать давление горных пород сразу после возведения, однако наличие большого числа швов снижает прочность и монолитность крепи. Возведение каменной крепи связано с трудоёмким ручным трудом, в результате чего этот вид крепи применяют редко.
| Область информации |
Бетонные горные крепи
Бетонная крепь — сплошная горная крепь, выполненная из бетона и возводимая с помощью опалубки. Применяют для крепления капитальных горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок со сроком службы 10 лет и более и установившимся равномерно распределённым горным давлением. В выработках с углом наклона до 40° и коэффициентом крепости вмещающих пород f = 3-9 используют бетонные крепи с вертикальными стенками и сводчатым перекрытием, в породах f = 1-2, а также при всестороннем горном давлении и пучащей почве, крепи выполняют замкнутыми, с обратным сводом:
При горном давлении, достигающем 490 кПа, а также в выработках с углом наклона более 75° бетонные крепи придают круглую или овальную форму и снабжают коническими опорными венцами, устанавливаемыми, как правило, через каждые 30-60 м. Бетонные крепи возводят обычно с некоторым отставанием от забоя (в породах с f = 0,4-1,5 не более 3 м; с f = 1,5-9 не более 20 м), причём в наклонных и вертикальных выработках — звеньями снизу вверх. Участок между забоем и местом возведения бетонных крепей поддерживают временной крепью.
Основные операции возведения бетонной крепи: приготовление бетонной смеси, доставка её к месту работ, сооружение опалубки, подача, распределение и уплотнение смеси в опалубке. В выработках с постоянным сечением и большой протяжённостью применяют, как правило, передвижную или инвентарную сборно-разборную металлическую опалубку. Бетонную смесь готовят главным образом централизованно на поверхности, доставляя к месту укладки в специальных контейнерах или по трубам, а за опалубку укладывают механизированным способом с помощью бетоноукладчиков.
Толщина бетонной крепи зависит от размеров выработки и крепости пород. В горизонтальных и наклонных выработках толщина свода в замке — не менее 17 см, стены — не менее 20 см, в вертикальных выработках толщина стены не менее 30 см. Расход бетона на 1 м горизонтальных и наклонных выработок 1,52-8,42 м 3 .
Бетонная крепь – шахта Подмосковная.
Деревянные горные крепи
Крепление горных выработок выбирается исходя из показателя устойчивости массива и параметров самих выработок. Первоначально для крепления горных выработок применялась деревянная крепь. Затем с увеличением глубины разработки, а также вследствие ухудшения горногеологических условий деревянная крепь постепенно была вытеснена другими видами крепи.
Анкерные (штанговые) горные крепи
Анкерная крепь — это зацементированные или заклиненные в шпурах металлические стержни, которые пристегивают приконтурные слои пород к более крепким породам основной кровли.
| Область информации |
Основные функции анкерных крепей:
-пристегивание слабых пород непосредственной кровли выработки к более прочным породам основной кровли;
-скрепление слоистых пород в единую грузонесущую конструкцию с повышенным сопротивлением изгибу;
-повышение сил трения между слоями пород;
-восприятие растягивающих напряжений в кровле выработок.
Часто эти функции выполняются одновременно, обеспечивая надежную защиту выработки от различных проявлений горного давления.
На многих горнодобывающих предприятиях анкерная крепь постепенно вытесняет другие виды крепления горных выработок.
В сложных горно-геологических условиях, а также в тех случаях, когда необходимо, чтобы крепь воспринимала нагрузку сразу же после ее возведения, применяют чугунные или (реже) железобетонные тюбинги. Из тюбингов составляют кольца крепи, а из колец — сплошной металлический или железобетонный цилиндр крепи ствола.
В тюбингах сегменты 1 окаймлены по периметру двумя круговыми 2 и двумя радиальными 3 ребрами с отверстиями 4 для соединения смежных тюбингов. На внутренней (а иногда и на внешней) стороне сегмента располагают вертикальные и горизонтальные ребра жесткости.
Чугунные тюбинги выпускают для стволов диаметром в свету 6—9 м; число тюбингов в кольце 11—17; толщина стенок и ребер тюбинга (d) 20—80 мм, масса 750—2700 кг.
Высота железобетонного тюбинга 1000—1200 мм, толщина ребер 250—350 мм; масса 600—1500 кг.
В каждом тюбинге имеется отверстие для нагнетания через него цементного раствора за крепь. Тюбинги устанавливают по вертикали сверху вниз по мере проходки ствола (реже — снизу вверх).
При возведении крепи сверху вниз тюбинги подвешивают на тросах к ранее установленной крепи с помощью тихоходных лебедок. Тросы продевают через крайние отверстия в тюбингах, уже подвешенном к крепи и подвешиваемом. Подведенный на тросах к стенке ствола тюбинг крепят болтами, устанавливаемыми в средние отверстия, после чего убирают тросы и устанавливают болты в крайних отверстиях. После навески нескольких колец заделывают щели между нижним кольцом и стенками ствола и производят подачу быстросхватывающегося цементного раствора через отверстия в тюбингах.
Крепление бетонитами применяют в тех же условиях, что и бетонную крепь, но без возведения опалубки.
Чугунные (а) и железобетонные (б) тюбинги и схема их установки в стволе (в)
Сплошные горные крепи
Сплошная крепь — горная крепь, непрерывно перекрывающая поверхность выработки в продольном направлении. Выполняется как монолитная конструкция (бетонная, железобетонная крепи) либо сборная из отдельных однотипных элементов, установленных вплотную друг к другу (блочная, панельная,тюбинговая крепи, искусственные и естественные камни). В горизонтальных и наклонных выработках сплошная крепь может быть незамкнутой и замкнутой, в выработках с углом наклона 45° и более имеет только замкнутую конструкцию обычно цилиндрического очертания. Применяется как во вскрывающих, так и подготовительных выработках
Рамные горные крепи
Рамная крепь — горная крепь, состоящая из крепёжных рам, устанавливаемых в выработке на некотором расстоянии друг от друга или вплотную. Применяется для крепления капитальных, подготовительных, нарезных и очистных выработок обычно в сочетании с межрамным ограждением, перекрывающим промежутки между крепёжными рамами.
Рамную крепь классифицируют по виду материала, из которого изготовлены крепёжные рамы (металлические, железобетонные, деревянные, смешанные), по форме их контура (арочные, трапециевидные, кольцевые и т.д.) и другим признакам. На современных шахтах наиболее распространена металлическая рамная крепь из специальных профилей: широкополочных, двутавровых, желобчатых, колоколообразных, а также сварных коробчатых. Необходимая для заданных условий поддержания выработок несущая способность рамной крепи обеспечивается за счёт изменения расстояния между крепёжными рамами — от 0,3 до 1,3 м, а также подбора соответствующих типоразмеров профилей проката (для металлической крепи). В связи с увеличивающимися сечениями горных выработок и ухудшающимися условиями их поддержания при углублении горных работ наметилась тенденция к применению в металлических рамных крепях профилей тяжёлого типа массой 44 кг/м и более, изготовляемых из стали высокого качества.
Для механизации процесса возведения рамной крепи используют навесные приспособления, устанавливаемые на проходческих комбайнах, а также подвесные самоходные крепеустановщики. Несмотря на это, рамные крепи мало приспособлены для механизированного возведения. Коэффициент механизации крепления при применении крепеустановщиков (отношение объёма механизируемых работ к общему объёму работ по креплению), например для арочных крепей, не превышает 0,15-0,2. Важным составным элементом рамной крепи в капитальных и подготовительных выработках является забутовка — куски породы, закладываемые за крепь вручную, или быстротвердеющие растворы на гидравлических вяжущих материалах, укладываемые в закрепное пространство механизированным способом (пневматическим или гидромеханическим). При механизированном заполнении закреплённого пространства функциональные возможности рамной крепи значительно повышаются, её деформация при давлении горных пород уменьшается, поэтому эта технология получает распространение.
Вопрос №4 – «Общие понятия о технологии возведения». (30 минут)
Источник
