В каких горных выработках нецелесообразно использование бетонной крепи

Обновлено: 24.01.2025

В каких горных выработках нецелесообразно использование бетонной крепи

ГОСТ Р 58871-2020

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КРЕПЬ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Термины и определения

Mining equipment. Mine support. Terms and definitions

Дата введения 2020-11-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия" (ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ") и Закрытым акционерным обществом "Трансуглемаш" (ЗАО "Трансуглемаш")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 269 "Горное дело"

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области горного дела в части крепи горных выработок.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Не рекомендуемые к применению термины-синонимы приведены в круглых скобках после стандартизованного термина и обозначены пометой "Нрк".

Заключенная в круглые скобки часть термина может быть опущена при использовании термина в документах по стандартизации.

Наличие квадратных скобок в терминологической статье означает, что в нее включены термины, имеющие общие терминоэлементы.

В алфавитном указателе данные термины приведены отдельно с указанием номера статьи.

Помета, указывающая на область применения многозначного термина, приведена в круглых скобках светлым шрифтом после термина. Помета не является частью термина.

Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы - светлым.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения понятий в области горного дела в части крепи горных выработок шахт угольной промышленности.

Термины, установленные настоящим стандартом, рекомендуются для применения во всех видах документации и литературы в области горного дела в части крепи горных выработок шахт угольной промышленности, входящих в сферу работ по стандартизации и/или использующих результаты этих работ.

2 Термины и определения

Горные крепи

горная крепь: Конструкция, возводимая в подземных горных выработках, для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением.

1 Горная крепь (рудничная крепь, шахтная крепь, крепь) должна удовлетворять следующим основным требованиям: поддерживать выработку в рабочем и безопасном состоянии в течение всего срока ее службы; быть экономичной, т.е. чтобы сумма затрат на изготовление и возведение, эксплуатацию и ремонт крепи была минимальной; быть простой в изготовлении, транспортабельной, удобной для обслуживания, иметь устойчивую рабочую характеристику, не загромождать выработку, оказывать минимальное сопротивление движению воздуха, быть огнестойкой.

2 Многообразие современных существующих видов крепи горных выработок предопределяет и многообразие частных классификационных признаков. Горную крепь классифицируют по следующим признакам: по срокам службы, форме сечения выработки, роду выработок и расположению их в пространстве (крепь для капитальных, подготовительных, нарезных и очистных выработок и для горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок), по конструкции и сооружению, назначению и выполняемой функции, характеру взаимодействия с боковыми породами, характеру работы и способу соединения элементов крепи, материалу.

По срокам службы

2 постоянная крепь: Крепь, возводимая на весь срок службы выработки или крепи.

Примечание - Различают поддерживающую и анкерную постоянную крепь.

3 временная крепь: Крепь, устанавливаемая в выработках до возведения постоянной крепи и применяемая при проведении капитальных выработок, закрепляемых каменной, бетонной, железобетонной или металлической постоянной крепью.

Примечание - Выполняется в виде деревянных или инвентарных облегченных металлических рам, устанавливаемых вслед за подвиганием забоя. Временной крепью поддерживается участок длиной от 40 до 60 м. В зависимости от устойчивости пересекаемых пород применяют затяжку кровли и боков выработки обаполами, горбылями, досками или железобетонными плитами (затяжками); реже для этой крепи применяют металлическую решетку или сетку.

4 инвентарная крепь: Временная поддерживающая разборная крепь, многократно используемая в выработках с малым сроком службы.

По форме сечения горной выработки

5 арочная крепь: Рамная крепь, состоящая из отдельных крепежных арок (металлических, железобетонных, смешанных), устанавливаемых перпендикулярно продольной оси горной выработки на некотором расстоянии одна от другой; промежутки между арками, кровлей и боками выработки перекрываются затяжками.

Примечание - Арочную крепь классифицируют по количеству звеньев (трехзвенная, четырехзвенная, пятизвенная), сечению крепи (от 7,8 до 20,5 м), применяемому прокату и марке стали.

6 прямоугольная крепь: Поддерживающая крепь, имеющая прямоугольную форму в сечении, перпендикулярном оси выработки.

7 трапециевидная крепь: Поддерживающая рамная или сплошная крепь, имеющая трапециевидную форму в сечении, перпендикулярном оси выработки, и применяемая для крепления горизонтальных и наклонных горных выработок при отсутствии значительного бокового давления.

Примечание - Трапециевидную крепь классифицируют по количеству стоек (2, 3, 4), сечению крепи (от 4,7 до 20,0 м), применяемому прокату, марке стали.

8 кольцевая крепь: Разновидность рамной крепи с замкнутым контуром, состоящей из отдельных колец, установленных вдоль выработки вразбежку и связанных между собой при помощи стяжек (подвесок) или распорок, и применяемой в горизонтальных и наклонных выработках при наличии всестороннего смещения массива горных пород, а также при пучащих породах почвы и в вертикальных выработках (стволах) в качестве временной крепи при проходке.

Примечание - Кольцевую крепь классифицируют по площади сечения выработок (от 6,5 до 20,1 м), конструктивному исполнению (жесткие, шарнирные и податливые), применяемому прокату, марке стали.

9 полигональная (стропильная) крепь: Многоугольная (стропильная) крепь арочной формы, состоящая из полигональных крепежных рам, предназначенная для крепления однопутевых и двухпутевых горизонтальных и наклонных выработок, как правило, в сложных горно-геологических условиях.

Примечание - Соединение элементов полигональной (стропильной) крепи может быть жесткой и шарнирной. При шарнирном соединении крепь называют шарнирно-стержневой.

10 сводчатая крепь: Поддерживающая крепь, имеющая сводчатую форму в сечении, перпендикулярном оси выработки.

11 замкнутая крепь: Поддерживающая крепь, перекрывающая выработку по всему ее контуру.

12 незамкнутая крепь: Поддерживающая крепь, перекрывающая кровлю и бока выработки.

По конструкции крепей

13 сплошная крепь: Горная крепь, непрерывно перекрывающая поверхность выработки в продольном направлении и применяемая во вскрывающих и подготовительных выработках.

Примечание - Сплошная крепь выполнена как монолитная (бетонная, железобетонная крепи) либо сборная конструкция, состоящая из отдельных однотипных элементов, установленных вплотную друг к другу (блочная, панельная, тюбинговая крепи, искусственный и естественный 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, как правило, цилиндрического очертания.

14 рамная крепь: Горная крепь, состоящая из отдельных самостоятельных несущих конструкций - крепежных рам, устанавливаемых в выработке на некотором расстоянии друг от друга или вплотную и применяемая для крепления капитальных, подготовительных, нарезных и очистных выработок, как правило, в сочетании с межрамным ограждением, перекрывающим промежутки между крепежными рамами.

Примечание - Межрамное ограждение - это защитное перекрытие, устанавливаемое в подземных горных выработках в промежутках между крепежными рамами или опорными элементами анкерной крепи, которое предотвращает местные вывалы породы, способствует более равномерному распределению напряжений, создаваемому опорными элементами крепи, а также в отдельных случаях (специальные виды межрамных ограждений) обеспечивает крепежным рамам продольную устойчивость, исключая тем самым необходимость применения межрамных стяжек и распорок. Межрамное ограждение может состоять из отдельных элементов (затяжек) либо сплошных полос из рулонных материалов.

15 крепежная рама (Нрк. дверной оклад): Несущая конструкция рамной крепи, состоящая из верхняка, стоек и лежня и устанавливаемая в капитальных, подготовительных и очистных выработках.

1 Крепежные рамы подразделяют по форме контура (прямоугольные, трапециевидные, полигональные, косоугольные, арочные, кольцевые и эллиптические), виду крепежного материала (металлические, железобетонные, деревянные, металлодеревянные и металложелезобетонные), характеру работы под нагрузкой (жесткие, податливые и шарнирные).

2 Крепежную раму, состоящую из верхняка и двух стоек и не имеющую лежня, называют неполной или полурамой, с поперечным лежнем - полной.

16 камерная рама: Крепежная рама усиленной конструкции, устанавливаемая в месте сопряжения двух подземных выработок (горизонтальных, горизонтальной и наклонной и пр.), закрепленных рамной крепью, и служащая опорой для верхняка крепи сопрягающейся выработки.

17 коробчатая рама: Конструкция крепи в форме рамы, состоящая из коробчатых прямолинейных элементов.

18 полигональная рама: Крепежная рама многоугольной формы, состоящая из прямолинейных балок, стоек, соединенных шарнирно и работающих в основном на осевое сжатие.

Примечание - Полигональная рама выполнена из отрезков круглого леса или брусьев, железобетонных балок или плит, металлических двутавровых или швеллерных балок и предназначена в основном для двухпутевых выработок (околоствольных дворов, квершлагов и др.) при наличии бокового давления.

19 костер: Конструкция крепи в формах квадратной, прямоугольной и треугольной клетки из деревянных или металлических балок (брусьев), работающих в местах взаимного пересечения на смятие, с заполнением их породой или без заполнения стержней, работающих в местах взаимного пересечения на смятие элементов.

20 венец: Стержневая конструкция прямоугольной формы, элементы которой работают преимущественно на поперечный изгиб, устанавливаемая в выработках с углом наклона свыше 45°.

1 Венец является крепежной рамой деревянной, металлической или железобетонной рамной крепи.

2 Венец, устанавливаемый до возведения постоянной крепи, называют временным венцом.

21 крепежная арка: Несущая конструкция арочной крепи, имеющая форму арки в сечении, перпендикулярном оси выработки, и состоящая из нескольких конструктивно связанных между собой элементов.

Примечание - В зависимости от способа соединения элементов различают жесткие, податливые и шарнирные арки, по типу используемого материала - стальные (металлические), деревянные, железобетонные арки.

По способу сооружения крепи

22 подвесная крепь: Крепь, состоящая из венцов, прикрепленных к кровле, последовательно подвешиваемых один к другому и сочетаемых с ограждением между рамами.

23 венцовая крепь: Рамная крепь вертикальных и наклонных (свыше 45°) горных выработок, основной конструктивной частью которой являются венцы (прямоугольные рамы), располагаемые в плоскости, перпендикулярной к оси выработки, предназначенная для крепления вертикальных и наклонных выработок, пройденных в породах средней крепости и устойчивости.

ВОЗВЕДЕНИЕ КРЕПИ

Крепь горных выработок является несущей конструкцией, возводимой для предотвращения обрушения окружающих выработку пород и сохранения размеров выработки на период ее эксплуатации.

Трудоемкость крепления и выбор горно-проходческих работ в большей мере зависят от типа и конструкции крепи.

Технология возведения крепей обуславливается их конструктивными особенностями, условиями эксплуатации, которые изложены в соответствующих инструкциях и руководствах по их применению. Крепление выработки производят в соответствии с паспортом проведения и крепления, разрабатываемого для каждой конкретной выработки.

При креплении горизонтальных выработок на рудниках наибольшее распространение получили монолитная бетонная, набрызгбетонная и анкерная крепи, а также их сочетания.

Крепление горных выработок производится в соответствии с паспортом крепления, который содержит: графическое изображение общего вида и элементов крепи; характеристику условий эксплуатации выработки; расчет или обоснование параметров крепи.

7.1 Возведение монолитных бетонных и железобетонных крепей.

Возведение монолитной бетонной и железобетонной крепи вручную допускается при невозможности или нецелесообразности применения средств механизации: малый объем работ, выработки небольшого поперечного сечения и т. п. Технология возведения крепи заключается в установке опалубки и рабочего полка, монтаже арматуры, укладке в заопалубочное пространство бетонной смеси слоями 10-15 см, уплотнении каждого слоя трамбовками или вибраторами, демонтаже опалубки и полка.

Укладка и уплотнение бетонной смеси вручную являются наиболее трудоемкими работами. Многочисленные перекидки бетонной смеси с при укладке за опалубку ухудшают качество крепи, устройство рештаков и полков загромождает выработку и требует дополнительных трудозатрат. Для механизации работ по укладке бетонной смеси за опалубку применяют пневматические бетоноукладчики и бетононасосы различных конструкций. При расстоянии транспортирования бетонной смеси до 120 м наибольшее распространение получили пневмобетоноукладчики (ПБУ) Принцип действия ПБУ состоит в выдавливании сжатым воздухом из герметичной емкости бетонной смеси и ее транспортировании по трубопроводу до места укладки.

Бетононасосы умеют большую производительность и обеспечивают равномерную подачу бетонной смеси по бетонопроводу.

Комплексная механизация работ по возведению крепи предусматривает и механизацию работ по транспортированию бетонной смеси по выработке к бетоноукладчику.

Возведение монолитной бетонной крепи производится с применением разборно-переставных (инвентарных) и передвижных опалубок. Инвентарные опалубки просты в изготовлении и эксплуатации. Они представляют собой набор секций (кружал и опалубочных щитов), устанавливаемых по мере крепления выработки, и могут использоваться многократно, но трудоемки в монтаже и демонтаже. Их целесообразно применять при креплении выработок переменного сечения небольшой протяженности, узлов сопряжений и камер.

Передвижные опалубки перемещаются в выработке по специальному рельсовому пути или на лыжах. Все конструкции передвижных опалубок имеют одну схему работы: уменьшение внешних размеров опалубки после ее отрыва от бетона, перемещение и установка в новое положение для бетонирования следующей заходки.

Работы по возведению бетонной крепи производят по параллельной, последовательной и совмещенной схемам.

При параллельной схеме работы по возведению постоянной бетонной крепи полностью совмещают с бурением шпуров и погрузкой породы. Бетонную крепь возводят на расстоянии 30-50 м от забоя. Пространство от забоя до бетонной крепи закрепляют временной крепью. При возведении бетонной крепи временную крепь извлекают. Параллельную схему применяют при проведении протяженных выработок. Совмещение основных работ позволяет проводить выработки с повышенной скоростью. Недостаток схемы - сложная организация работ.

Последовательная схема имеет два варианта. Первый - выработку проводят на всю длину, затем возводят постоянную крепь. Этот вариант применяют при сооружении камер и выработок небольшой длины. Второй -выработку проводят на длину 15-30 м, затем работы по проведению останавливают и на пройденном участке возводят бетонную крепь. Этот вариант применяют при проведении выработок в слабых породах, где временная крепь не обеспечивает поддержание выработки по всей длине. Общим недостатком обоих вариантов последовательной схемы является низкая скорость проведения выработок. Применение этой схемы обусловлено геологическими условиями и параметрами выработок.

При совмещенной схеме возведение бетонной крепи производится в призабойной части с отставанием от забоя на 5-7 м. Работы по возведению бетонной крепи частично совмещают с бурением шпуров и погрузкой породы. Эту схему применяют при проведении протяженных выработок в слабых породах.

Виды и типы крепи горных выработок

1.Междукамерные цилики необходимо располагать при разработке несколько этажей в одной вертикальной плоскости.

2. Способ выемки целиков принимают в зависимости от состояния камер

открытая камера
заполненная гидравлической закладкой
заполненная замогазинированной рудой
заполненная обрушенными породами

При открытых камерах возможны 2 способа

1.Массовое погашение потолочены МКЦ отсутствуют

2. Рзбуривают потолочены МКЦ и производят в первую очередь взрывают зараяды МКЦ.

Междуэтажные _цилики могут отрабатывать2 способами

массовое обрушение, потолочены и междукамерных циликов
раздельная выемка в 1 очередь отрабатывают цилик днища во 2 очередь погашают потолочену раздельная выемка повышает затраты но снижают потери руды.
цилик днища можно отработать системой подэтажного обрушение

Виды и типы крепи горных выработок

Горная крепь (рудничная, шахтная) — искусственные сооружения, возводимые в выработках для предотвращения обрушения окружающих пород и сохранения необходимых площадей сечения, а также для управления горным давлением.

К горной крепи предъявляются следующие основные требования: необходимо поддерживать выработку в рабочем состоянии в течение всего срока ее службы, быть простой в изготовлении, экономичной, удобной для транспортирования и возведения.

По сроку службы различают временные и постоянные крепи. Временные крепи возводятся, как правило, в призабойной зоне до возведения постоянной крепи в породах, склонных к вывалам. По форме горная крепь бывает трапециевидной, прямоугольной, арочной и кольцевой; по периметру выработки — замкнутой и незамкнутой. По характеру деформируемости под действием горного давления крепь может быть жесткой, податливой или шарнирной. Жесткая крепь не имеет податливых или шарнирных узлов. Примером жесткой крепи могут служить бетонные и железобетонные крепи.

Под крепежной рамой понимают конструкцию горной крепи, изготовленной из дерева, металла или железобетона, прямоугольной, трапециевидной, арочной, круглой или иной формы. В отличие от рамной сплошная крепь полностью перекрывает кровлю и бока выработки, а иногда и почву. Выполняется такая крепь из монолитного бетона или сборного железобетона. К сплошной также относят и рамную крепь, если крепежные рамы установлены вплотную одна к другой.

В настоящие время в горных выработках применяют деревянную крепь, металлическую, монолитную бетонную, набрызг-бетонную, анкерную и комбинированную крепь.

Деревянная крепь целесообразна при сроке службы до 3 лет и умеренном горном давлении (до 70 МПа). Работы по возведению деревянной крепи в малой мере поддаются механизации и выполняются преимущественно вручную. При креплении деревом и давлении только со стороны кровли возможно использование потолочной крепи на крючьях.

Металлическую крепь в основном применяют для крепления капитальных и подготовительных выработок при сроке службы от 3 до 15 лет и более, проводимых по горным породам любой крепости и при любой форме поперечного сечения. Достоинства металлической крепи — прочность, долговечность, огнестойкость и возможность повторного использования. Крепь применяют в виде арок, колец, трапециевидных и бочкообразных рам, изготовляемых из стальных прокатных профилей типа СВП, двутавров, железнодорожных рельсов.

Торкрет-бетонная крепь. Торкрет-бетон состоит из цемента (с расходом до 750 кг на 1 м 3 смеси), песчано-гравийного заполнителя с крупностью зерен до 5 мм и воды. Его наносят слоями толщиной 2 — 3 см на укрепляемую поверхность с помощью цемент-пушки под давлением сжатого воздуха 0,2 — 0,3 МПа. Прочность, плотность, водонепроницаемость, сцепление с породой и арматурой у торкрет-бетона выше, чем у обычного.

Набрызгбетонная крепь. Набрызгбетон в отличие от торкрет-бетона содержит более крупный заполнитель (до 25 мм) и ускоряющие твердение добавки, а расход цемента в нем не превышает 400 — 450 кг на 1 м 3 смеси. Приблизительный его состав 1: А:Б= 1:2:2. В качестве ускоряющих твердение добавок применяют фтористый натрий, тонкомолотый алюминиевый спек в количестве 2 — 5% массы цемента. Набрызгбетон наносят на поверхность слоями по 5 — 7 см (суммарно до 20 — 30 см) с помощью пневматической набрызгмашины.

Железобетоном называют материал, в котором бетон и стальная арматура работают совместно. Благодаря этому железобетонные конструкции способны нести значительные сжимающие, изгибающие, а в некоторых случаях и растягивающие нагрузки.

Анкерная крепь представляет собой систему закрепленных в шпурах анкеров, расположенных по определенной сетке. Замок анкера прочно закрепляется в породах, окружающих выработку. Благодаря поддерживающим элементам (подхватам, опорным плиткам) породы кровли (стенок, почвы) как бы сшиваются и происходит упрочнение массива пород, повышение устойчивости его обнажений. В настоящее время применяют металлические, железобетонные, деревянные и сталеполимерные анкеры.

3. Региональные методы к ним относят:

опережающая обработка защитных пластв
предварительная дегозация массивов скважин (скважины бурят в породу уголь на высоту 80-100)
Увлажнение или рыхление пласта впереди очистных или подготовительных выработок.

Региональный прогноз включает изучение физико-механических свойств, характера тектонических нарушений, структура пород, установление раздробленных и перемятых зон, зон с повышенной прочностью пород газоопасности и газонасыщенности пород давления газа, гидрологии (чем влажнее порода тем меньше выброса опасности).

Региональные методы приближенные и их результаты уточняются при вскрытии подготовки и обработки.

Предвестники внезапных выбросов -изменение крупности штаба при бурении шпуров и скважин.

- разделение кернов на диски (дискование)

- толчки на буровой инструмент и зажатие штанги

- изменение блеска угля

- образование облачка пыли у забоя

- похолодание воздуха у забоя

- усиление газа выделения

- увеличение длины отброса породы от задач при взрыве

- увеличение до 1 и более КИШ

- изменение сисмической и звуковой активности, но этот метод не всегда (как при горных ударах обеспечивают 100% надежность)

Горный удар- это явление динамической формы горного давления в виде хрупкого участка массива горных пород при котором происходит интенсивное дробление, измельчение и выброс пород или полезного ископаемого выработку, нарушение крепи ее смещение итд, что вызывает повреждение машин выработк и людей.

Удар сопровождается сисмическими колебаниями в окружающем массиве, резким звуком, воздушной волной и образованием пыли. Горному удару предшествует усиление давления на крень и цилики, а после удара возрастает давление на сменных участках.

Совершенствование облегченных видов крепи горных выработок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Смирнов В.А., Хлусов А.Е., Самородов Б.Н.

Широкое внедрение экономичных облегченных видов крепи позволяет по сравнению с тяжелыми поддерживающими видами в несколько раз снизить материалоемкость, трудозатраты при сохранении устойчивости выработок. Рассмотрены новые виды и параметры крепи, обосновано их применение.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Совершенствование облегченных видов крепи горных выработок»

В.А.СМИРНОВ, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, (812) 328 82 09 А.Е.ХЛУСОВ, канд. техн. наук. старший научный сотрудник. (812) 328 86 54 Б.Н.САМОРОДОВ. старший научный сотрудник, (812) 328 86 55 Санкт-Петербургский государственный горный институт

V.A.SMIRNOV, PhD in eng. sc., leading research assistant, (812) 328 82 09

A.E.KHLUSOV. PhD in eng. sc., senior research assistant, (812) 328 86 54

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБЛЕГЧЕННЫХ ВИДОВ КРЕПИ

Ключевые слова: легкие и тяжелые виды крепи, новые типы крепи.

IMPROVED LIGHT-WEIGHT SUPPORT TYPES IN MINE WORKINGS

A wider introduction of tlie efficient light-weight support types into practice, as compared with heavy support, allows to reduce by several times the material capacitance and labour costs in maintenance of stability of mine woikings. New types of supports and their parameters have been considered and their application was substantiated.

Одним из путей повышения рентабельности предприятий горной промышленности и подземного строительства является более широкое внедрение экономичных облегченных видов крепи, позволяющих по сравнению с тяжелыми поддерживающими видами (рамными, монолитно-бетонными, железобетонными и т.п.) в несколько раз снизить материалоемкость, трудозатраты и повысить устойчивость выработок. Однако надежность и эффективность облегченных видов крепи в значительной мере зависит от правильного выбора специалистами предприятий конструкции крепи и основного несущего элемента, которым обычно является анкер, умения приспособить крепь к разнообразным, иногда сложным горно-геологическим условиям проведения и поддержания выработок

Применение анкерных крепей на глубоких угольных шахтах Великобритании со сложными геологическими условиями по программе «Передовая технология анкеро-вания» (ПТА), разработанной компанией RMT (Rock Mechanics Technology, Ltd) позволила британской угольной промышленности сократить расходы по добыче угля и сделала отрасль привлекательной для приватизации и прибыльной. Несмотря на сложности в преодолении устоявшихся стереотипов, новая технология крепления горных выработок была системно и успешно применена на угольных шахтах, заменив привычную и понятную большинству горняков м еталл оаро ч ну ю крепь

В России несколько лет назад приступили к широкому внедрению анкерных тех-

Рис. 1. Виброзабивной железобетонный анкер («ВИБРОЗАН»): а- общий вид;

б - распорный замок 1 - цементный раствор, Ц: П = 1:1, В/Ц = 0,45; 2 - металлическая арматура, диаметр 20 мм: 3 - распорный замок, древесина, 4 - опорная плита, Ст.З, 150 х 150 мм, толщина 10 мм; 5 - гайка М20

нологий на шахтах Кузбасса и Ростовской обл. Последние статистические данные говорят об успешных результатах применения анкеров для крепления горных выработок. На некоторых шахтах «Росугля» и особенно приватизированных угледобывающих предприятиях объемы крепления анкерной крепью подготавливающих горных выработок составляют до 95 % общего объема их проведения. В большой степени этому способствовали созданные в России специализированные структуры (Центры анкерного крепления), которые комплексно подходят к распространению в отрасли анкерной технологии и обеспечению шахт требуемыми материалами. В основном это ампульная технология установки сталеполимерной анкерной крепи, основанная на использовании материалов, изделий и оборудования, выпускаемых за рубежом. Это определяет довольно высокую стоимость установки крепи и безусловно является сдерживающим фактором в дальнейшем распространении анкерной крепи как самостоятельного вида, так и других облегченных видов крепи.

Следует отметить также сдерживающее влияние психологического фактора, связанного с применением синтетических смол в технологиях крепления Горняки их обычно считают «грязными» технологиями. Это видно из опыта внедрения сталеполимерных анкеров на рудниках Норильского комбината, где уже более 30 лет применение их не может выйти из стадии опытно-промышленных испытаний

Поэтому залогом дальнейшего успешного внедрения облегченных видов крепи на горных предприятиях России (особенно в условиях мирового экономического кризиса) является ориентирование на отечественные разработки в этой области и, в частности, разработки технологичных, экономичных и эффективных конструкций анкеров для широкого спектра условий применения.

Наибольшее признание и практическое применение в горно-рудной промышленности получили железобетонные анкеры за их высокую несущую способность, экономичность и простоту технологии установки Однако существенным недостатком железо-

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

[ / | Vi -4=- j-1 i l>- 1 1 ч— / 4 -

Рис.2. Крепление анкер-подхватами при проходке

1 - анкер: 2 - подхват: А - узел стыковки анкера с подхватом

бетонных анкеров по сравнению со стале-полимерными является значительно больший интервал времени, необходимый для схватывания закрепляющего состава в шпуре анкера. Это в значительной мере снижает их эффективность и ограничивает область применения.

На устранение этого недостатка направлена разработка железобетонного виброзабивного анкера под фирменным названием «ВИБРОЗАН» для широкого спектра условий применения на рудниках, шахтах и для подземного строительства.

«ВИБРОЗАН» (рис 1) обладает высокой начальной несущей способностью сразу после установки (свыше 4 Тс) и повышенной степенью закрепления в шпуре цементно-песчаным составом. При практически одинаковой несущей способности со стал епол и мерным анкером он более технологичен и на порядок де-

шевле Прочность закрепления повышается за счет попутной вибрационной обработки цементно-песчаной смеси, в процессе которой происходит также цементация трещин в породных стенках скважины выделяемым при вибрации «цементным молочком».

В качестве виброзабивного инструмента могут применяться ручные перфораторы, используемые для бурения скважин, инев-мо- и электромолотки с достаточными энергией и частотой удара.

Для условий влияния динамических нагрузок от взрывных работ, поддержания выработок в районах повышенной сейсмической активности «ВИБРОЗАН» может быть легко модифицирован. Обойму распорного замка в этом случае выполняют из литой высокопрочной резины, а заостренному головному концу штанги придают стреловидную форму. Закрепляющему составу также придают уиругоподатливые свойства за счет определенных добавок.

Современная концепция совершенствования облегченных видов крепи, по мнению большинства специалистов в этой области, состоит в максимальном использовании несущей способности горного массива во взаимодействии с крепью и, в частности, его повышенной прочности на сжатие в объемном напряженном состоянии. Это может быть достигнуто только путем максимального сохранения или восстановления распора пород в приконтурном массиве выработки с помощью крепи.

Рис 3. Усиление крепи с помощью поперечных рядов анкер-подхвата

Рис.4. Саморасклинивающиеся блоки вокруг выработки

Рис.5. Опережающее анкерное крепление: а - разрез; б - план по кровле; в - узел сцепления анкеров

В разработанных в последнее время способах крепления выработок это достигается с помощью системно связанных анкеров [2, 3, 4]. Например, при проходке выработки с креплением анкерами одновременно или с отставанием производят установку подхватов для восстановления распора пород приконтурного массива путем стягивания анкеров между собой подхватами (рис.2).

При необходимости производят усиление крепи путем установки и стягивания анкеров в поперечном сечении выработки (рис.3).

Эффективность таких крепей проверена на моделях из эквивалентных материалов, воспроизводящих трещиноватый приконтур-ный массив выработки. Испытания моделей показали, что упрочненный анкерами и стянутый на контуре подхватами массив работает как единое целое под действием внешней нагрузки. Деформации характеризовались постоянным градиентом, а по величине были

в два раза ниже, чем при испытании моделей без стягивания анкеров между собой.

Проходка выработок в неустойчивых породах, склонных к обрушению сразу вслед за подвиганием забоя, требует принятия мер по обеспечению безопасности работ в призабойной зоне. Наряду с применением таких дорогостоящих способов упрочнения, как смолоиньекция, цементация и т. п., это может быть достигнуто с помощью опережающей анкерной крепи [5]. Для этого впереди забоя устанавливают слабонаклонные анкеры, а проходку ведут малыми заходка-ми, устанавливая после каждой заходки новый ряд опережающих анкеров (рис.5). При этом выполняется условие, при котором после каждого подвигания забоя один конец наклонного анкера надежно связан с анкером основной крепи (вертикальным), а другой прочно заделан в нетронутом массиве.

В зависимости от степени устойчивости пород в кровле и их мощности опережающее анкерное перекрытие может быть однослойным, двухслойным и трехслойным.

В мелкоблочных породах такую крепь следует применять в сочетании с металлической решеткой.

Для крепления сопряжений выработок и выработок больших пролетов (типа камер)

Рис.6. Кусты анкеров повышенной несущей способности д ля крепления камер и сопряжений

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

облегченной крепью разработан способ крепления, основанный на использовании глубоких тросовых анкеров повышенной несущей способности [6]. По этому способу расходящиеся под определенным углом анкеры образуют в кровле выработки промежуточные опоры в виде клиновидных блоков (рис.6).

Высокая несущая способность анкеров обеспечивается прочностью троса и закреплением замковых частей анкеров за пределами зоны пород, склонных к обрушению, формирующейся над выработкой. Устойчивость промежуточных опор обеспечивается способностью клиновидных блоков к распору в породах кровли при смещении их внутрь выработки. В результате создается возможность рассматривать сопряжение как систему смежных выработок меньших пролетов, принимая в площади сопряжения соответствующие этим меньшим пролетам параметры анкерной крепи (типовые для сопрягающихся выработок)

Эффективность применения облегченных крепей тесно связана с качеством проходки. При буровзрывном способе проходку необходимо вести с применением контурного взрывания и использованием кумулятивных зарядов в контурных шпурах.

В части механизации крепления с ориентацией на передовые технологии пока можно рассчитывать только на зарубежную технику Наиболее перспективные средства механизации, которые легко можно адаптировать к технологии установки предложенных видов крепи, - установки для анкерного и тросового крепления типа Robolt и Cabolt, выпускаемые финской фирмой «Ташгоск». Установление связей с этой фирмой обещает взаимовыгодное и плодотворное сотрудничество

Изложенные технические решения могут стать хорошей базой для разработки крупного инвестиционного проекта.

1.A.c. 1544985 СССР. Способ крепления горных выработок / Белоусов А.П., Смирнов В. А.. Генкин Б.Я. // БИ. 1990. №7.

3. Патент 1652592 РФ. Способ крепления горных выработок / Смирнов В. А., Белоусов А.П.. Рева В.Н и др. // БИ, 1991. №20.

4. Патент 2371582 РФ. Способ крепления горных выработок / Смирнов В.А., ЕСлимко В.ЕС Смирнова А.В. и др. // БИ. 2009. №30.

5. Патент 2365758 РФ. Виброзабивной анкер («ВИБРОЗАН») / Смирнов В.А., Звездкин В.А., Розенба-ум М.А. и др. // БИ. 2009. № 24.

6. Патент 929861 СССР. Способ крепления сопряжений и выработок большого сечения / Рева В.Н., Нейман Л.К. Мельников О.И. и др. // БИ. 1982. № 19.

В каких горных выработках нецелесообразно использование бетонной крепи

Руководитель работ или исполнитель (бригадир, звеньевой) должен принять меры по устранению всех нарушений безопасности, замеченных до начала и во время работы. При невозможности устранения нарушений, которые представляют угрозу для жизни людей, работы должны быть ПРЕКРАЩЕНЫ, люди выведены в безопасное место, о чем должно быть сообщено горному диспетчеру. Опасные выработки должны быть ограждены запрещающими сигналами.

При допустимой концентрации метана у забоя перед началом работ в смене рабочий (на своем рабочем месте), бригадир, звеньевой (на рабочем месте бригады, эвена) обязаны проверить рабочие места и привести их в безопасное состояние. При этом необходимо удостовериться:

В течение смены рабочие, звеньевой или бригадир должны следить за безопасным состоянием рабочего места, исправностью обслуживаемого оборудования и приспособлений. При обнаружении признаков опасности (появление дыма, запаха гари, увеличение притока воды, усиление давления на крепь, увеличение выделения метана, ухудшение проветривания и т.п.) рабочий (звеньевой, бригадир) должен немедленно прекратить работу, предупредить всех работающих и выйти в безопасное место, сообщив об этом лицу инженерно-технического надзора участка или шахты и горному диспетчеру (дежурному по шахте) .

При нарушении пылегазового режима, обнаружении неисправности оборудования или приспособлений рабочий (бригадир, звеньевой) обязан принять меры к их устранению. Если устранить нарушение или неисправность своими силами невозможно, то об этом необходимо сообщить инженерно-техническому работнику участка. По окончании смены, если нет перерыва между сменами, рабочий (бригадир, звеньевой) обязан передать сменяющему его рабочему (бригадиру, звеньевому) свое рабочее место, оборудование и приспособления в безопасном состоянии. При этом необходимо сообщить о замеченных им опасностях. При наличии перерыва между сменами рабочий (бригадир, звеньевой) обязан сообщить о замеченных им опасностях лицу инженерно-технического надзора участка или горному диспетчеру по телефону или лично.

Бригадир (звеньевой) должен проверить соответствие пройденной части выработки заданному направлению рельсового пути по отвесам и реперам.
Разрушение и погрузку угля (породы) комбайном, погрузку машиной (вручную), скреперной лебедкой следует производить в объеме, необходимом для установки одной рамы крепи согласно «Паспорта проведения и крепления выработки». После установки рамы крепи работу продолжать в той же последовательности.

При проведении тупиковой выработки отставание вентиляционной трубы от забоя не должно превышать 8 м.
Запрещается проветривать тупиковые выработки газовых шахт зa счет диффузии, исключая камеры для машин и электрооборудования глубиной до 6,0 м.
В качестве затяжки крепи необходимо применять:

Зоны, опасные по обрушениям пород, должны быть нанесены на выкопировку из плана горных работ, входящую в паспорт. Диаметр деревянных распорок должны быть не менее 0,1 м. Разгружаемые материалы и оборудование должны складываться так, чтобы не загромождать свободный проход для людей.
При проведении выработки в зоне геологических нарушений работы должны производиться под непосредственным руководством лица инженерно-технического надзора участка. Кроме того, должны быть разработаны мероприятия, обеспечивающие безопасное ведение работ:м

умьшается длина шпуров до 1,0 м;
забиваются деревянные или металлические шилья для предотвращения вывалов пород;
уменьшается шаг установки постоянной крепи.

Мероприятия по безопасному ведению работ отражаются в паспорте, с которым ознакамливаются рабочие и инженерно-технический надзор участка под роспись.

Бетонная крепь

БЕТОННАЯ КРЕПЬ (а. соncrete support, соncrete timbering; н. Betonausbau; ф. soutenement en beton; и. entibacion de hormigon) — 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 (рис. 1, а), в породах f 1-2, а также при всестороннем горного давлении и пучащей почве крепи выполняют замкнутыми, с обратным сводом (рис. 1, б).

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 (рис. 2).

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 . В угольной промышленности СССР бетонные крепи типизированы.

Читайте также: