Металлическая крепь широко применяется для поддержания подготовительных и капитальных горных выработок, а также кровли очистных забоев при выемке пластообразных залежей.
Металлическая крепь для подготовительных и капитальных горных выработок применяется в виде сборных рамных конструкций и штанговой крепи.
Сборные рамные конструкции состоят из отдельных несущих рам, устанавливаемых с определенным интервалом вдоль выработки. Используют податливые и жесткие крепи арочного, кольцевого, трапециевидного типа.
Арочные податливые крепи — трех- и пятизвенные, применяют в породах средней устойчивости и в неустойчивых со смещением до 300 мм и более. Крепь состоит из отдельных арок, устанавливаемых с интервалом 0,4-1,2 м и соединяемых между собой в трех местах металлическими стяжками, пролеты между смежными арками перекрывают железобетонными, деревянными или металлическими затяжками. Арка трехзвенной арочной крепи (рис. 4.6) состоит из верхняка и двух боковых стоек. Звенья арки соединены между собой с помощью скоб, планок и гаек. Межрамные стяжки изготавливают из уголкового профиля; для опоры на почву внутри нижней части боковых стоек устанавливают специальные диафрагмы, в очень слабых породах арки опирают на деревянные башмаки. Податливость крепи обеспечивается за счет скольжения верхняка и стоек в местах их соединения при нагрузках, превышающих силу трения.
Кольцевая податливая крепь (рис. 4.7) применяется в неустойчивых горных породах, при пучении почвы и значительном всестороннем давлении. Крепь состоит из четырех сегментов, соединенных узлами податливости; кольцевые рамы крепи скреплены между собой межрамными стяжками.
Арочная жесткая крепь (рис. 4.8) выполняется из отдельных арок, каждая из которых собирается из двух криволинейных элементов 1, изготавливаемых из двутавровых балок и соединяемых между собой планками 2 и болтами 3.
Арочная шарнирная крепь (рис. 4.9) состоит из изогнутых двутавровых балок или рельсов 1, стоек 2 с приваренными к ним башмаками 3, которые, охватывая деревянный прогон 4, образуют шарнир. По длине каждого прогона (бревна) монтируют две-три арки, прогоны по длине соединяют между собой скобами.
Металлическая крепь для очистных забоев является одним из основных компонентов комплексов оборудования, применяемого при выемке полезных ископаемых из пластов и пластообразных залежей угля, руд и солей. От качественного и своевременного крепления очистного забоя зависит не только производительная работа людей и механизмов, но и безопасность работ.
По принципу работы и конструктивному исполнению все металлические крепи разделяют на индивидуальные и механизированные.
Индивидуальная крепь состоит из несущих и поддерживающих элементов — стоек и верхняков, устанавливаемых совместно и разбираемых полностью или частично при переноске. Индивидуальную крепь различают призабойную и посадочную (рис. 4.10).
Призабойная крепь представляет собой стойки, установленные под верхняками правильными рядами вдоль забоя. Назначение призабойной крепи — предотвращение обрушения пород кровли в процессе выемки полезного ископаемого. В призабойной крепи применяют стойки трения и гидравлические. Наиболее широкое использование имеют гидравлические стойки (рис. 4.11), состоящие из внешнего цилиндра — корпуса, внутри которого размещена выдвижная часть — шток с поршнем и насосом. При установке стойки рабочая жидкость перекачивается насосом из выдвижной части в полость корпуса, раздвигая стойку и распирая ее между почвой и кровлей горной выработки. При повышении горного давления часть рабочей жидкости может перелиться из полости корпуса в выдвижную часть стойки через разгрузочный клапан. Металлические верхняки представляют собой литую или сварную балку коробчатого поперечного сечения, на концах которой находятся соединительные устройства: вилка и проушина; с помощью этих устройств верхняки соединяют между собой, образуя над стойками сплошную ленточную крепь.
Серийно выпускаются стойки типа 2ГВТ, ГВТН и др. Стойки типа ГВТН предназначены для крепления очистных забоев на пластах мощностью 0,72-2,26 м, залегающих под углом < 35°. Верхняки типа СВ-3 изготавливают длиной 890-1250 мм, масса верхняка 20,6-28,3 кг.
Посадочная крепь применяется для периодического порционного разрушения пород кровли за пределами призабойного пространства по заданной линии «обреза» кровли. Посадочная крепь состоит из посадочных стоек, основными частями которых являются (рис. 4.12) основание, основной и настроечный винты, насадка и замковое устройство с горизонтальным клином. Посадочные стойки устанавливают обычно в один ряд параллельно линии забоя по границе призабойного пространства. Передвижку крепи на место установки осуществляют вручную. Установка крепи заключается в выдвижении основного винта до соприкосновения насадки с кровлей путем вращения винта с помощью рычага в виде ломика, вставляемого в отверстие на боковой поверхности винта, расклинивании стойки с помощью горизонтального клина и ее распора с использованием настроечного винта.
Посадочные стойки выпускают семи типоразмеров для пластов мощностью от 0,45 до 2 м, масса посадочной стойки от 96 до 367 кг.
Механизированные крепи различают секционные, состоящие из отдельных секций без постоянных силовых и кинематических связей между собой и другим оборудованием очистного забоя; комплектные, состоящие из двух и более комплектов секций, подвижно связанных между собой; агрегатные, состоящие из отдельных секций, имеющих постоянную силовую и кинематическую связь между собой и другим оборудованием очистного забоя. Процессы передвижки и установки этих крепей механизированы.
Механизированная крепь является самопередвигающейся. Она ограждает призабойное пространство, управляет обрушением налегающих пород и передвигает став призабойного скребкового конвейера вслед за подвиганием очистного забоя. Механизированные крепи в основном гидрофицированы. Крепь должна обеспечивать выполнение всех технологических операций со скоростью, не менее максимальной скорости движения очистного комбайна, во взаимосвязи с которым она работает. Между стойками крепи следует оставлять для людей свободный проход шириной > 0,7 м и высотой > 0,4 м. Секция механизированной крепи является ее основной структурной компонентой.
В состав секции входят верхнее перекрытие, одна или несколько гидравлических стоек, основание и один или два гидравлических домкрата передвижения (рис. 4.13, 4.14).
Выпускают механизированные крепи различных конструкций для пластов угля мощностью от 0,7 до 6 м с углом залегания от 15 до 35°; высота секций составляет от 500 до 6000 мм, масса одной секции — от 1,7 до 25 т; давление рабочей жидкости в напорной системе — от 14 до 50 МПа.
К основным типам применяемых механизированных крепей относят крепь 1М-103 для пластов мощностью 0,7-1,2 м, крепь М87Э для пластов мощностью 1,1-1,2 м, крепь ОКП для пластов мощностью 1,85-3 м, крепь УКП для пластов мощностью 1,2-4,0 м и др. Перспективными крепями являются механизированные крепи с двухстоечными секциями типа 1М144Б, М173, М174.
Металлические щитовые крепи применяют для ограждения очистных работ на крутопадающих пластах угля. При ведении выемочных работ по падению пласта сверху вниз для передвижения крепи используют собственный вес щитовой крепи и давление налегающих обрушенных пород. Например, при разработке угольных пластов мощностью 2,3-2,5 м используют арочную щитовую крепь (рис. 4.15), состоящую из арок, установленных на опорные балки и соединенных между собой металлическими полосами, стянутыми болтами; сверху на щит укладывают металлическую сетку.
