Монолитную бетонную крепь применяют в основном дня крепления капитальных горизонтальных и наклонных горных выработок, имеющих большой срок службы и находящихся вне зоны влияния очистных работ. В основном их используют для крепления выработок околоствольных дворов, камер, узлов сопряжений капитальных выработок, наклонных и вертикальных стволов.
Основными конструкциями монолитной бетонной крепи являются: с вертикальными стенками и сводчатым перекрытием, с вертикальными стенками, сводчатым перекрытием и обратным сводом, бетонная арочная крепь с обратным сводом и бетонная цилиндрическая крепь. Ввиду преобладания вертикального горного давления в качестве основной формы крепи принимают сводчатую с вертикальными стенками (рис. 3.16). Основными частями ее являются свод, стены и фундамент. Средняя часть свода называется замком, а поверхность опирания свода на стены — его пятами. Расстояние от пят свода до замка по вертикали называют высотой подъема свода.
Фундамент бетонной крепи с прямыми стенами заглубляют в породы почвы со стороны водосточной канавки на 0,5 м и с противоположной стороны на 0,25–0,3 м.
В неустойчивых породах и при пучении почвы выработки крепят бетонной крепью с вертикальными стенами, сводчатым перекрытием и обратным сводом. В сильно неустойчивых породах и при повышенном горном давлении применяют арочную бетонную крепь с обратным сводом и цилиндрическую.
Для придания крепи необходимой формы и поддержания бетона до его затвердения применяют деревянные и металлические опалубки различных конструкций.
Бетонная крепь долговечна, огнестойка, имеет довольно высокую прочность, малое аэродинамическое сопротивление, плотно прилегает к боковым породам. К недостаткам бетонной крепи относят невозможность восприятия нагрузки сразу же после возведения, неудовлетворительную работу при неравномерных нагрузках и отсутствие податливости.
Монолитная железобетонная крепь
Монолитные железобетонные крепи выполняют с гибкой и жесткой арматурой, применяют для крепления капитальных горизонтальных и наклонных выработок в сложных горно-геологических условиях, а также выработках большого сечения.
Монолитная железобетонная крепь с гибкой арматурой имеет те же конструктивные решения и форму, что и бетонная сводчатая крепь с вертикальными стенками. Арматурный каркас состоит из рабочей арматуры с диаметром стали 8–28 мм, а также распределительной и монтажной — диаметром 5–12 мм. Прутья рабочей арматуры устанавливают попарно в плоскости, параллельной поперечному сечению выработки на расстоянии до 0,3 м. Со стороны выработки слой бетона до арматуры имеет толщину 10–20 мм. Бетон укладывают слоями высотой 0,2–0,3 м и уплотняют вибраторами или штыкованием.
Железобетонную сплошную крепь применяют преимущественно с жесткой арматурой. В качестве арматуры используют металлические незамкнутые рамы из двутавра, швеллера или спецпрофиля, которые устанавливают вслед за подвиганием забоя и которые служат вначале в качестве временной крепи проводимой выработки, а потом используют в качестве арматурного каркаса при возведении железобетонной крепи. Основные недостатки крепи: высокая трудоемкость возведения и большой расход металла.
Распорная крепь
Распорная крепь представляет собой одиночные стойки, устанавливаемые между кровлей и почвой выработки; в выработках, пройденных по наклонным и крутопадающим пластам и залежам, одиночные стойки называют распорками. Диаметр бревен для распорной крепи > 12 см. Распорную крепь применяют для поддержания очистного пространства на маломощных крутых рудных залежах и весьма тонких крутых угольных пластах.
При креплении вразбежку кровлю выработки затягивают всплошную досками, обаполами или распилом. В боках, в зависимости от устойчивости пород, применяют сплошную затяжку или вразбежку. Пустоты за затяжкой заполняют мелкой породой - забучивают. Для обеспечения податливости крепи в скальных породах конец стойки заостряют "под карандаш" или в виде клина. Под действием горного давления происходит смятие конца стойки и частичное внедрение в породу, которая находится в лунке. Глубина ее должна составлять 10-20 см, чтобы исключить выпирание стойки внутрь выработки при давлении боковых пород.
Распорная крепь может быть простой в устойчивых породах и усиленной в неустойчивыхпородах
ВЕНЦОВАЯ КРЕПЬ
Она представляет собой сруб, венцы которого уложены вплотную (при пересечении пород, склонных к пучению, оставляют зазоры). Крепь возводят снизу вверх звеньями. Начинают её крепление с установки опорных венцов (через 2-8 м), на которые укладывают рядовые венцы. Концы брусьев (пальцы) по короткой стороне опорного венца заделывают в опорных врубах в стенках выработки. По длинной стороне крепи устанавливают вандруты и расстрелы. Один из врубов (заводной) попеременно на каждой стороне выработки делают больших размеров. Венцовая крепь на стойках (рис. 2) применяется при проведении вертикальных и наклонных выработок в крепких устойчивых породах.
Она состоит из венцов, между которыми устанавливают стойки, соединяемые с венцами в паз и в шип; для большей жёсткости стойки скрепляют металлическими скобами. Величина звена 3-7 м. Порядок выполнения работ такой же, как и при сплошной венцовой крепи. Подвесная венцовая крепь (рис. 3) применяется при проведении вертикальных выработок в достаточно устойчивых породах, допускающих обнажение до 1,5 м.
Венцовая крепь — традиционная горная крепь (преимущественно деревянная), получила наиболее широкое распространение при разработке рудных месторождений. Применяется также для крепления вспомогательных стволов, шурфов (с небольшим сроком службы, глубина до 150 м), восстающих (гезенков), разведочных вертикальных выработок в необводнённых, достаточно устойчивых породах.
КОСТРОВАЯ КРЕПЬ
КОСТРОВАЯ КРЕПЬ— располагаемые на некотором расстоянии друг от друга крепёжные конструкции столбчатой формы, в основном собираемые из отдельных деревянных, металлических или пневмобалонных элементов, укладываемых друг на друга в определённом порядке.
Костры собирают из деревянных или металлических брусьев, балок длиной от 0,7 до 1,2 м. В качестве деревянных элементов используют рудничные стойки и брусья, балки для металлических костров — отрезки отожжённых (для уменьшения хрупкости и упругости) старых рудничных рельсов или двутавра; рабочая нагрузка на металлический костёр 3 MH. Конструкции придают форму прямоугольной или треугольной клетки, заполняемой или не заполняемой породой
Для управления горным давлением способом плавного опускания кровли в лавах крутопадающих пластов мощностью от 0,4 до 1,2 м в CCCP разработана пневматическая костровая крепь из соединённых между собой механически либо методом вулканизации 2-4 мягких подушкообразных оболочек (длиной 1300-1400 мм, шириной 700-740 мм, высотой 200-400 мм, массой 55-90 кг) с начальным распором от 70 до 275 кН. Изготавливают оболочки из резино-корда и рукавных капроновых тканей.
Горное давление
Горное давление – это силы (напряжения), возникающие в массиве пород, окружающих горную выработку. Проявляется: в виде прогиба кровли, вспучивания почвы, растрескивания, сдвижения, деформации и разрушения пород вокруг выработки, раздавливание и отжиме целиков угля, увеличения нагрузки на крепь, внезапных выбросах угля и газа, горных ударов и пр.
Горное давление зависит от глубины расположения выработки, физико – механических свойств горных пород (трещиноватости, крепости, управляемости, обрушаемости и тд.), мощности и угла залегания пластов, размера поперечного сечения выработки, способов выемки угля, механической характеристики крепи и многих других параметров.
Эффективность и безопасность горных работ в значительной степени зависят от характера проявления горного давления и от умения управлять им.
Управление горным давлением (кровлей) – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в призабойном пространстве очистной выработки и прилегающих к ней подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности работ и необходимых производственных условий.
Для слабых пород период первичного давления более короткий, а величина первичного давления значительна. Для пород средних и прочных первичное давление невелико, и его максим, значение близко к величине установившегося давления.
Длительность периода первичного горного давления и изменения горного давления во времени должны учитываться при выборе конструкции обделки (податливой или жесткой), а также при организации проходческих работ. Напр., в рудничной практике при скоростном продвижении забоев часто применяют слабые конструкции крепи, так как в этих условиях первичное горного давления часто не успевает достичь наибольшей величины.
Боковое горное давление (воздействие на подземную выработку деформирующейся породы в горизонтальном направлении) по величине значительно меньше вертикального. Г. д. со стороны подошвы выработки менее вертикального и часто меньше бокового Г. д., но учет его обязателен, т. к. оно вызывает необходимость устраивать уравновешивающую конструкцию в виде плоского или криволинейного лотка. По длине подземного сооружения воздействие деформирующейся породы может проявляться лишь на отдельных участках. Методов количественной оценки этого явления пока не существует.