Способы возведения горных крепей

КРЕПЛЕ́НИЕ ГО́РНЫХ ВЫ́РАБОТОК

В книжной версии

Том 15. Москва, 2010, стр. 691

Скопировать библиографическую ссылку:

• 
• 
• 
• 
• 

КРЕПЛЕ́НИЕ ГО́РНЫХ ВЫ́РАБОТОК, со­во­куп­ность ра­бот по воз­ве­де­нию гор­ной кре­пи (а так­же её пе­ре­движ­ке, ре­мон­ту и др.) при до­бы­че по­лез­ных ис­ко­пае­мых под­зем­ным спо­со­бом и строи­тель­ст­ве под­зем­ных со­ору­же­ний. По на­зна­че­нию и ви­ду вы­ра­бо­ток раз­ли­ча­ют кре­п­ле­ние ка­пи­таль­ных (ство­лы шахт, око­ло­стволь­ные вы­ра­бот­ки, тон­не­ли, квер­шла­ги, ка­ме­ры и др.), под­го­то­ви­тель­ных (штре­ки, ор­ты, ук­ло­ны, бремс­бер­ги и др.), очи­ст­ных (очи­ст­ные ка­ме­ры, ла­вы и др.) вы­ра­бо­ток; го­ри­зон­таль­ных, на­клон­ных, вер­ти­каль­ных вы­ра­бо­ток; кре­п­ле­ние со­пря­же­ний и кре­п­ле­ние пе­ре­се­че­ний. По сро­ку служ­бы в ка­пи­таль­ных и под­го­то­ви­тель­ных вы­ра­бот­ках кре­п­ле­ние под­раз­де­ля­ют на вре­мен­ное и по­сто­ян­ное (в мяг­ких и сред­ней кре­по­сти по­ро­дах при по­груз­ке гор­ной мас­сы ус­та­нав­ли­ва­ют вре­мен­ную при­за­бой­ную крепь, а за­тем воз­во­дят по­сто­ян­ную; в креп­ких по­ро­дах сра­зу ус­та­нав­ли­ва­ют по­сто­ян­ную крепь); в очи­ст­ных вы­ра­бот­ках кре­п­ле­ние уст­раи­ва­ют од­но­вре­мен­но с вы­ем­кой по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го.

Источник

Обучение

ТПГВ 3.Конструкция и технология возведения крепи

Крепление горных выработок является наиболее распространенным способом их поддержания и представляет собой совокупность работ по возведению горной крепи.
Крепью называют искусственное сооружение, предназначенное для сохранения необходимых размеров выработок и предотвращения обрушения вмещающих пород.
Крепежные материалы – материалы, применяемые для изготовления крепи горных выработок.
По назначению они классифицируются на: основные, вяжущие и вспомогательные.
Основные – используются для несущих конструкций крепи – это дерево, металл, бетон, железобетон, камень, пластик.
Вяжущие – идут на приготовление растворов, бетонов и стеклопластиков (цемент, смола).
Вспомогательные – водоизоляционные материалы, химические реагенты, изделия из стали.
Требования к крепежным материалам – должны обладать высокой прочностью, быть устойчивыми против коррозии и гниения, иметь невысокую стоимость, не быть дефицитными и огнеопасными, противостоять воздействию подземных вод и шахтной атмосферы. Крепь – прочная, надежная, долговечная, занимать как можно меньше места, возможность механизации возведения, должна быть транспортабельной, нетрудоемкой при возведении, оказывать минимальное сопротивление воздуху, иметь минимальные затраты , огнестойкая, и пр.
Материал крепи выбирают с учетом его огнестойкости, назначения и срока службы выработки, её поперечного сечения, величины и характера горного давления.

Горную крепь классифицируют:

• на крепь горизонтальных, вертикальных и наклонных выработок;
• на крепь капитальных и подготовительных выработок;
• на деревянную, металлическую, каменную, бетонную, ж/б и смешанную;
• на временную и постоянную;
• на рамную, сплошную, штанговую и комбинированную;
• на жесткую, шарнирную, податливую;
• на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, сводчатую, арочную, кольцевую, эллиптическую и др.;
• на обычную и специальную.

Деревянные крепи.

Деревянная крепь – используют преимущественно хвойных пород.
Достоинства – небольшая масса, сравнительно небольшая стоимость, легкость обработки на рабочем месте. Простота конструкции, удобна в установке и транспортировке.
Недостатки – недолговечность (срок службы 2-3 года, иногда до 5 лет), опасность в пожарном отношении, меньшая прочность по сравнению с другими материалами.

Сортамент пиленного материала а) распил; б) брусья; в) доски обрезные («затяжка»);г) доски необрезные («затяжка»); д) обаполы (горбыли).

Рудничная стойка – круглый лесоматериал длиной от 0,5 до 5м и толщиной в верхнем торце от 7 до 30см.
Два сорта леса – круглый и пиленый ( пластины, распилы, брусья, доски, обаполы). Если предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон принять за единицу, то при сжатии поперек волокон он будет равен 0,1 – 0,3, при растяжении вдоль волокон -2-3; поперек волокон -0,3-0,5. Т.е. прочность древесины колеблется в широких пределах. Её, как материал для крепи, применяют в основном при небольшом сроке службы подземных выработок или в качестве временной крепи до возведения постоянной из более долговечных материалов.

Деревянная рамная крепь горных выработок

Соединение стоек с верхняком:
а) при давлении сверху;
б) при давлении сбоку;
в) при давлении сверху и сбоку;
г) крепление выработки вразбежку;
д) крепление выработки сплошное;
1- верхняк;
2- стойка;
3- Затяжка;

Деревянные крепежные рамы. а, в, г – неполные, б- полные.

Основной конструкцией деревянной крепи является неполная крепежная рама Рис а,в,г. Состоит из верхняка 1, и двух соек 2. Реже применяют полные крепежные рамы, Рис б, когда добавляют четвертый элемент – лежень 3. Неполные крепежные рамы применяют в породах с f= 3-9, а полные – с f=1-2 и пучащих породах. Крепежные рамы трапециевидной формы с горизонтальным верхняком и углом наклона стоек в раме 80-850 применяют при любом угле залегания пласта. До 20-250 рамы устанавливают с наклонным верхняком по кровле пласта Рис в, при крутом залегании (более 550) – с горизонтальным верхняком и наклоном одной стойки по кровле пласта.

Соединение элементов крепежной рамы должно быть прочным, точным и простым в исполнении. Еще это соединение называют замком.
Соединение в лапу, очень распространенный способ соединения верхняка со стойкой и лежнем. Это соединение выполняют в зависимости от горного давления. На рис показано направление стрелками направление горного давления и соответствующая ему конструкция в лапу.
Соединение в паз применяют только при вертикальном горном давлении. Остальные виды соединений (в шип, встык) применяются довольно редко.

Источник

Крепь горная

КРЕПЬ ГОРНАЯ (а. mine, support; н. Grubenausbau; ф. soutenement; и. entibacion, fortificacion, soporte, sostenimiento) — горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением. При этом крепь горная выполняет одну или совокупность следующих функций: охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов горной породы; обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их эксплуатации; восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехнических тоннелях) нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива; предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и других воздействий воздуха и воды; уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды (в гидротехнических тоннелях) на трение.

Современные крепи горные подразделяют: по назначению и виду выработок, где крепь применяют, — на крепи капитальных, подготовительных и очистных выработок, крепи горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок, крепи сопряжений и пересечений выработок; по основному (преобладающему) материалу, из которого изготовлена крепь горная — на металлическую крепь, деревянную крепь, каменную крепь, железобетонную, бетонную, полимерную. Выделяют также смешанные крепи горные — изготовленные из двух и более разнородных материалов, без значительного преобладания одного из них (например, рама из деревянных или железобетонных стоек с металлическим верхняком). По рабочей характеристике различают жёсткие крепи и податливые крепи; по характеру взаимодействия с окружающими породами — поддерживающую крепь, подпорную крепь, ограждающую крепь, изолирующую, упрочняющую, а также комбинированную крепь, обладающую свойствами нескольких перечисленных типов крепи горной.

Реклама

В свою очередь, крепи горные капитальных и подготовительных выработок подразделяют: по сроку службы — на временные крепи и постоянные крепи (постоянную крепь тоннелей различного назначения и подземных помещений камерного типа принято называть обделкой); по форме очертания — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, бочкообразную, сводчатую, круговую; по степени перекрытия периметра сечения выработки — на замкнутую и незамкнутую; по конструктивному исполнению — на сплошную крепь, рамную крепь и анкерную крепь. Рамную и анкерную крепи горные обычно применяют в сочетании с межрамным ограждением. По способу изготовления и возведения различают сборную и монолитную крепь горную.

Крепи горные очистных забоев делятся: по конструктивному исполнению — на индивидуальную крепь, механизированную крепь и щитовую крепь; по выполняемой функции — на призабойную крепь и посадочную крепь.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям крепи горной: податливость системы «порода-крепь» при поддержании горных выработок в неустойчивых породах; криволинейность очертания, обеспечивающая высокое сопротивление конструкции за счёт уменьшения изгибающих моментов и растягивающих напряжений. Кроме того, крепь горная подземных помещений камерного типа (в т.ч. тоннелей) должна воспринимать внешние и внутренние нагрузки и по возможности в наибольшей степени включать в работу породный массив (причём деформации крепи горной не должны превышать заранее заданные достаточно малые величины); иметь конструктивно-минимальную толщину (выравнивающая монолитная крепь горная); рассчитываться на весь срок службы сооружения (постоянная крепь), поскольку перекрепление в условиях эксплуатации подземного сооружения крайне затруднительно. К крепям капитальных горных выработок, учитывая длительный срок их службы, предъявляются повышенные требования надёжности и долговечности. В связи с этим основные крепёжные материалы, из которых они изготовляются, — монолитный бетон и железобетон. В сложных горно-геологических условиях применяют сборные крепи горные из бетонных и железобетонных блоков и тюбингов. В благоприятных для поддержания условиях иногда используют более лёгкие крепи (из набрызг-бетона, анкерную и др.).

Важное требование при проектировании крепи горной — обеспечение минимального числа типоразмеров сечений, пригодных для крепления всех выработок с различным расположением транспортных средств. Конструкции сборной крепи горной разрабатывают с учётом их унификации и взаимозаменяемости узлов и деталей, что позволяет применить для изготовления наиболее прогрессивную технологию, улучшить качество изделий и поставить производство крепи горной на индустриальную основу.

Способы выбора и расчёта параметров крепи горной для капитальных и подготовительных выработок в CCCP регламентируются нормативными документами. Крепи вертикальных шахтных стволов выбирают и рассчитывают раздельно для устья, протяжённой части и сопряжения, в зависимости от инженерно-геологических, гидрогеологических условий, вредных воздействий, а также с учётом схем организации и методов производства работ. Выбор типа и расчёт параметров крепи горизонтальных и наклонных выработок производят также для различных однородных по условиям их работы участков в зависимости от ожидаемых по расчёту смещений пород в кровле, почве и боках выработки с учётом степени воздействия очистных работ и других выработок. Типоразмеры индивидуальной и механизированной крепи горной очистных забоев выбирают в зависимости от мощности угольного пласта и её изменения в пределах выемочного поля, а также от ожидаемого сближения пород кровли и почвы по всей ширине призабойного пространства.

Возведение крепи горной в капитальных и подготовительных выработках остаётся одним из наиболее тяжёлых и трудоёмких процессов. Трудности механизации процесса крепления вызваны стеснёнными размерами выработок, которые до предела насыщены производственным оборудованием, а также неприспособленностью некоторых конструкций крепей горных (например, рамных) для их механизированного возведения. Наибольшая степень механизации работ достигнута при возведении набрызг-бетонной крепи и монолитной бетонной крепи с помощью передвижной опалубки и бетоноукладчиков.

Для технического развития крепи горной характерна тенденция к дальнейшему повышению их надёжности и несущей способности, а также к использованию новых крепёжных материалов и конструктивной увязке крепей с технологией их механизированного возведения при помощи автономных машин или машин, входящих в состав горнопроходческих комплексов.

В истории создания и применения крепи горной прослеживаются отдельные этапы. В 3-м тысячелетия до н.э. началось использование деревянной, а также каменной крепи в виде сухой кладки из бутового камня. В 4 в. до н.э. на подземных горных разработках появилась каменная крепь из кирпичной кладки и тёсаного камня на вяжущих растворах из глины и асфальта. В 18 веке каменная крепь горная на вяжущих растворах получает широкое распространение на угольных шахтах западноевропейских стран. Во 2-й половине 19 века начинается применение бетонной крепи горной, создание первых конструкций рамной металлической крепи из стального проката для горизонтальных выработок, индивидуальной металлической крепи для очистных забоев. 1-я половина 20 века ознаменовалась появлением крепи из бетонитов (1911), бетонных стоек из дисков для очистных забоев, железобетонных центрифугированных стоек для крепёжных рам (1945), применением чугунных и стальных тюбингов (1911), первых железобетонных тюбингов, созданием и использованием анкерной, набрызг-бетонной крепей, различных крепёжных конструкций из монолитного и сборного бетона и железобетона. В середине 20 века на шахты стала поступать комплектная передвижная металлическая крепь из призабойных стоек, появились щитовые крепи для очистных забоев крутых и пологих пластов. Началось широкое внедрение индивидуальной металлической крепи горной, создание гидравлических стоек и передвижных гидрофицированных крепей для очистных забоев. Этот же период связан с разработкой и применением различных крепей из сборного железобетона для капитальных и подготовительных выработок (1951-60), интенсивным внедрением на шахтах металлической рамной крепи, главным образом арочной податливой из стального проката специального желобчатого профиля, консервированием крепёжного леса (1951). Во 2-й половине 20 века создают и начинают широко использовать механизированные крепи в составе очистных механизированных комплексов при разработке пологих угольных пластов (1961-70), этот же вид крепи горной применяют в лавах для крутых пластов, разрабатывают крепи для автоматизированных комплексов и агрегатов (1971-80). Появляются новые конструкции арочной и трапециевидной металлической крепи горной с безболтовым податливым соединением элементов и инвентарные многократно используемые крепи для выработок с небольшим сроком службы. Начинается внедрение на шахтах анкерной крепи, закрепляемой в шпурах химическими составами, заключёнными в специальные ампулы, этого же вида крепи из полимерных материалов, металлической трубчатой анкерной крепи, закрепляемой взрывным и другими способами. Создаются гидрофицированные передвижные крепи для временного поддержания кровли в призабойной части подготовительных выработок.

Источник