3. Набрызгбетонная крепь.
Применение набрызгбетонной (торкретбетонной) крепи также возможно как в качестве временной, так и в качестве постоянной крепи, например, в комбинации с железобетонными или сталеполимерными штангами. Создание конструкции крепи набрызгом бетона предусматривает нанесение слоя бетонной смеси на поверхность выработки посредством направленного потока воздуха. Бетонная смесь, наносимая со значительным напором на стенку и кровлю выработки, образует бетон с более высокими прочностными показателями.
К числу преимуществ поддержания выработок рассматриваемого объекта набрызгбетоном в первую очередь относятся:
набрызгбетонное покрытие надежно предохраняет горные породы от разрушения внешними агентами, в результате чего приконтурный массив сохраняет свои свойства неизменными на длительный срок;
более высокая механическая прочность набрызгбетона позволяет в два раза уменьшить толщину крепи по сравнению с традиционным монолитным бетоном. Это, в свою очередь, снижает жесткость конструкции, а следовательно улучшает работоспособность крепи за счет использования собственной несущей способности массива, на 30-50 % сокращает стоимость крепи и на 10-25 % уменьшает площадь сечения выработки в проходке;
высокий уровень механизации крепления обеспечивает увеличение производительности труда крепильщиков в 2-3 раза;
возможность крепления выработки вслед за подвиганием забоя и нанесения набрызгбетона в несколько приемов;
набрызгбетон снижает аэродинамическое сопротивление выработок.
При проектировании крепи из набрызгбетона особые требования предъявляются к составляющим компонентам смеси, гранулометрическому составу инертных наполнителей, а именно:
время схватывания бетонной смеси - 15-20 мин;
водоцементное отношение - 0,4 - 0,5, что соответствует пластичности обычной бетонной смеси;
влажность песка в пределах 3-5 %, при больших значения влажности песок необходимо просушивать;
содержание крупного заполнителя 35-40 % ;
содержание цемента в 1 м смеси набрызгбетона 300-350 кг.
Кроме перечисленных преимуществ, использование такой конструкции крепи обеспечивает экономию ресурсов. Это связано со значительным уменьшением толщины слоя крепи из набрызгбетона по сравнению с монолитной бетонной или железобетонной крепью; с меньшей трудоемкостью и энергоемкостью ее возведения. Кроме того, повышается устойчивость вмещающего массива из-за лучшего проникновения цементного молока в зону приконтурного слоя нарушенных пород. Более того при одинаковом сечении выработки в свету приходится меньше вынимать породы вчерне из-за меньшей толщины слоя набрызгбетона по сравнению с толщиной крепи из монолитного бетона или железобетона.
Крепление выработок набрызгбетоном вполне технологично и с точки зрения механизации процесса, т.к. все операции, начиная с загрузки бетономашины и кончая нанесением набрызгбетона на поверхность выработки, можно механизировать. В настоящее время набрызгбетонирование (торкретирование) осуществляется с помощью специальных установок, в которых в качестве транспортирующией среды чаще всего используется сжатый воздух, нагнетающий бетонную смесь по шлангу в сопло. Существует два способа набрызгбетонирования – сухой и мокрый. При мокром способе подается обычная бетонная смесь, при сухом – сухая смесь сжатым воздухом транспортируется транспортируется непосредственно до сопла, где происходит ее затворение водой. Начало применения сухого набрызгбетонирования относится к 50-м годам прошлого столетия, мокрый способ был апробирован в 80-х годах. Набрызгбетонирование мокрым способом распространено гораздо шире, чем сухим, но применяемое оборудование значительно дороже. Другим негативным моментом мокрого способа является то, что пыль, выделяющаяся при сухом способе, менее опасна для здоровья, чем тончайшая аэрозоль, образующая при работе мокрым способом.
В практике мирового тоннелестроения при возведении крепи получило распространение применения набрызгбетона с примесью стальных волокон (армированный набрызгбетон). При использовании этого материала отпадает операция укладки арматурных сеток, а в некоторых случаях установки стальных арок. Набрызгбетон со стальными волокнами обладает повышенной водонепронецаемостью и устойчивостью против трещинообразования. При строительстве тоннелей неглубокого заложения, например, в пределах города, такой метод значительно сокращает продолжительность их сооружения и приводит к экономии средств.
Для избежания образования комков волокон при приготовлении бетонной смеси приняли решение изготавливать их в виде склеенных пучков и загружать непосредственно в бетонную смесь. Склеенные пучки волокон при перемешивании бетонной смеси перераспределяются в бетонной массе, а затем под действием воды и трения заполнителя разделяются на отдельные волокна. Равномерное и однородное распределение волокон в бетонной смеси обеспечивает стандартное смесительное оборудование. Опыт показал, что волокна следует загружать при помощи бункера-дозатора после перемешивания всех составляющих бетонной смеси. Время смешивания бетонной смесей со стальными волокнами обычно такое, как и обычной смеси, а ее укладку можно производить, используя стандартное оборудование.
На приготовление 1 м3 бетонной смеси берут от 20 до 100 кг стальных волокон. Для изготовления волокон используют обычную сталь, сталь с коррозионным покрытием и нержавеющую. Из обычной стали изготавливают волокна длиной 25; 30; 50; 60 мм, диаметром 0.4; 0.5; 0.8; 1.0 мм. Из стали с антикоррозионным покрытием вытекают волокна длиной 40 и 60 мм, диаметром 0.6 и 0.8мм,а из нержавеющей стали волокна длиной 30 и 50 мм, диаметром 0.4 и 0.5 мм. Прочность бетона на сжатие в зависимости от процентного содержания стальных волокон в смеси 50-65 Мпа, при растяжении 4.2 –5.5 Мпа.
Отечественный и зарубежный опыт строительства горных выработок показывает, что в настоящее время все чаще и чаще при проходке используют новоавстрийский способ, основным элементом которого является максимальное использование несущей способности пород приконтурного массива и дифференцированное включение в работу по периметру контура конструкции крепи. Причем в качестве последней используют анкерную в сочетании с набрызгбетонной. Поэтому во всем мире сейчас особое внимание уделяют совершенствованию технологии возведения такой крепи и подбору состава используемой набрызгбетонной смеси.