Доля деревянной крепи для крепления подготовительных выработок на угольных шахтах и рудниках ежегодно сокращается. Ее заменяют более прогрессивными видами крепи: анкерной, металлической, набрызгбетонной и др.
При креплении подготовительных выработок на предприятиях цветной металлургии доля деревянной крепи еще велика, тогда как капитальные выработки крепят деревом редко (2—4%). Это объясняется тем, что капитальные выработки проводят главным образом в скальных породах.
Деревянная крепь находит также широкое применение при креплении выработок, пройденных в талых и «вялых» россыпях, и имеет ограниченное применение для крепления выработок, пройденных в мерзлых россыпях.
Деревянные крепи целесообразно применять для крепления подготовительных выработок, срок службы которых не более 2—3 лет, и при умеренном установившемся давлении (до 60—80 кПа). Срок службы этой крепи при небольшом давлении может быть увеличен после пропитки дерева различными антисептиками, повышающими стойкость дерева от гниения.
Основная применяемая конструкция крепи — трапециевидная или прямоугольная крепежная рама, которая может быть неполной, полной, усиленной, несимметричной и др. (рис. 14.1).
Неполная крепежная рама состоит из двух стоек 3 и верхняка 1, полная крепежная рама, кроме того, имеет лежень, который укладывают на почву выработки, на лежень устанавливают стойки. Стойки рамы трапециевидной крепи устанавливают под углом 80—85°.
Рамы монтируют перпендикулярно к продольной оси выработки всплошную одна к другой или на расстоянии 0,5—1 м и более одна от другой (вразбежку). Кровлю выработки затягивают всегда всплошную, а бока — в зависимости от крепости и устойчивости пород. Пустоты за затяжкой закладывают или засыпают мелкой породой. В местах соединения верхняка со стойками раму расклинивают клиньями 2.
Сплошную крепь применяют при креплении выработок в малоустойчивых породах, крепь вразбежку — в более устойчивых крепких породах, крепежные рамы с лежнем — при слабых породах в почве выработки. Места соединений частей крепежной рамы называют замками. Соединение стоек с верхняком производят в лапу, в паз, в шип и встык. Соединение в лапу наиболее распространено. Его выполняют в зависимости от направления преобладающей нагрузки (рис 14.2, а—г).
Соединение стойки с лежнем осуществляют в лапу, в зуб и простой врубкой. Если обычные крепежные рамы не выдерживают горного давления, то их усиливают дополнительными элементами, стойками, прогонами и подкосами. При большом давлении со стороны кровли устанавливают два прогона. В случае большого бокового давления дополнительные стойки устанавливают с наклоном к оси выработки.
Все деревянные крепежные рамы относятся к конструкциям с ограниченной податливостью. Для обеспечения податливости деревянной крепи нижние концы стоек заостряют в виде конуса («на карандаш») или клина. Под давлением горных пород заостренные концы стоек сминаются, и крепь опускается (подается), сохраняя свою несущую способность. Податливость такой крепи составляет 10—15 см. Чтобы не допустить выпирания нижних концов стоек внутрь выработки, их устанавливают в лунки глубиной 15—20 см.
Сортамент крепежных материалов должен удовлетворять требованиям ГОСТа. Минимальный диаметр круглого леса для изготовления рамной крепи должен составлять 16 см.
Бревна — отрезки древесного ствола длиной от 5 до 9 м и толщиной в верхнем торце 12 см и больше.
Подтоварник — круглый лесоматериал длиной от 3 до 9 м и толщиной в верхнем торце от 9 до 11 см.
Рудничные стойки — круглый лесоматериал длиной от 0,5 до 5 м и толщиной в верхнем торце от 7 до 30 см. Отклонение в длине стоек допускается ±2 см, диаметра ±0,5 см для стоек толщиной до 11 см (включительно) и 1 см для стоек толщиной 12 см и более.
Для крепления горных выработок применяют следующие пиломатериалы, размеры которых и нормы пороков должны соответствовать ГОСТ 8468—81.
Распилы — стойки, распиленные пополам вдоль продольной оси. Распилы и пластины в основном применяют в качестве верхняков временной крепи и для крепления шурфов, а также в качестве затяжки боков и кровли выработки.
Брусья — пиломатериалы, толщина которых равна ширине или более половины ширины. Если толщина и ширина составляют 10 см и менее, то их называют брусками. Стороны брусьев называют кантами. Брусья иногда применяют для крепления неглубоких стволов разведочных шахт. Различают брусья четырех- и двухкантные, у последних пропилены только две стороны.Длина брусьев колеблется от 1 до 6,5 м, сечение — от 13х13 до 25х25 см. Двухкантные брусья применяют для крепления шурфов и изготовления рудничных шпал.
Доски — пиломатериалы, ширина которых более двойной толщины. Доски бывают необрезные, у которых боковые кромки не опилены, и обрезные, имеющие прямоугольное сечение. Доски применяют в качестве затяжки кровли и боков выработки, отшивки ходовых отделений в восстающих и т. п.
Обапол разделяют на горбыльный — с непропиленной наружной поверхностью или пропиленной не более чем на половину длины, и дощатый — с пропиленной наружной поверхностью более чем на половину длины обапола.
Прочность древесины (сопротивление сжатию, растяжению и изгибу) зависит от породы дерева, влажности, строения, характера, направления и места приложения силы (табл. 13.1).
В таблице указано среднее значение физико-механических свойств древесины при 15%-ной влажности.
Расчетное сопротивление древесины (сосны) из круглых материалов на изгиб составляет 16 МПа, а для некруглых элементов — 13 МПа.
Крепежный лес от гниения предохраняют пропиткой или промазкой его антисептиком. Антисептики должны быть безвредными для людей, не выщелачиваться из пропитанной древесины, не иметь запаха и вредных газов при вымывании, не способствовать горению, а при горении не выделять вредных газов и густого дыма. Для защиты дерева от грибка (гниения) его пропитывают 2—4%-ным раствором фтористого натрия, который легко проникает в древесину, не горит и не имеет запаха. Хлористый цинк обладает теми же свойствами, что и фтористый натрий, но легко выщелачивается при наличии воды.
Кремнефтористый натрий применяют для пропитки дерева только в виде горячих растворов, так как в холодном виде он плохо проникает в древесину.
Для придания дереву огнезащитных свойств крепь пропитывают огнезащитными составами: фосфорнокислым аммонием или смесью фосфорнокислого и сернокислого аммония с керосиновым контактом Петрова. Последняя смесь негигроскопична, не понижает прочности древесины. Для предохранения дерева от гниения в огнезащитные смеси добавляют фтористый натрий или другие антисептики.
Наилучшая древесина для крепи - хвойные породы (лиственница, сосна, ель)