40. Рамная крепь. Расчеты

К рамным крепям относят: арочную металлическую податливую крепь (трехзвенную, пятизвенную или кольцевую из спецпрофиля СПВ); железобетонные рамные крепи из стоек и верхняка для выработок трапециевидной или арочной формы. Элементы крепи выполняют полыми прямоугольной или круговой формы и таврового сечения различных размеров в зависимости от размеров выработки. В качестве межрамного ограждения применяют железобетонные, металлические, стеклотканевые и стеклопластиковые затяжки различной конструкции. Рамную крепь устанавливают в забое вслед за подвиганием выработки. Отставание крепи от забоя определяется паспортом крепления.

Деревянная крепь: До сравнительно недавнего времени преобладающим видом крепи являлась деревянная, при применении которой выработки имели, как правило, форму прямоугольника или трапеции. Существенные недостатки деревянной крепи — малые устойчивость и долговечность. Деревянную крепь применяют при сроке службы до 2-3 лет и умеренном горном давлении. При углах наклонов до 20⁰ выработки крепят трапециевидными, а при больших углах наклона – прямоугольными рамами. Рамы устанавливают в плоскости, перпендикулярной к продольной оси выработки. Если породы склонны к сползанию, то рамы устанавливают с наклоном 5-10⁰ в сторону, противоположную направлению сдвижения пород. Соединение элементов крепи осуществляют в основном в лапу, реже в паз. Крепь должна быть тщательно расклинена. Устойчивость крепи обеспечивается применением распорок и опорных рам. В выработках с углом наклона до 20⁰ распорки 1 ставят между соседними рамами у кровли, а при углах наклона 20-30⁰ – у кровли и почвы выработки. Нижние концы стоек устанавливаются в луки.

Металлическая крепь – один из совершенных крепежных материалов, так как обладает большой несущей способностью, высокой прочностью, долговечностью, огнестойкостью, значительной деформированностью без потери несущей способности, хорошими конструктивными возможностями, хорошо поддается обработке. Удобна при возведении, применима в породах любой устойчивости и в выработках, как с установившимся давлением, так и в зоне влияния горных работ. Имеет высокие эксплутационные качества. Срок службы 20 – 25 лет. Недостатки - высокая стоимость, подверженность коррозии.

Для элементов металлической крепи применяют преимущественно углеродистую сталь марки Ст.5 в виде проката, в основном СВП (специальный взаимозаменямый профиль) типоразмеров: 14, 17, 19, 22, 27, 33. Также применяют тюбинги, балки двутавровые, швеллеры, рельсы, сталь угловую, круглую, арматурную, в виде полос, сетки и другие профили.

Металлические крепи применяют в горизонтальных и наклонных выработках, изготавливают в виде трапециевидных, арочных и кольцевых рам.

Металлические податливые крепи из спецпрофиля СВП применяют при сроке службы более 3-х лет и угле наклона до 30⁰. При большем угле наклона и всестороннем горном давлении применяют кольцевую податливую крепь. Устойчивость металлическим аркам придают с помощью соединительных планок, распорок по периметру выработки и тщательной расклинки.

Трапециевидная металлическая жесткая крепь: рама состоит из двух стоек и верхняка, изготовленных из СВП, реже из двутавровых балок. Стойки с верхняком соединены с помощью съемных башмаков, уголков с болтами, накладок и пр. Стойки неполных рам устанавливают непосредственно на почву выработки в лунки. При слабых почвах к нижним концам стоек приваривают опорные пластины или устанавливают на деревянные прогоны. Достоинства: несложность её изготовления и установления, не нарушается кровля выработки при проведении выработки по пласту. Недостатки: жесткость конструкции, меньшая несущая способность по сравнению с арочной, применяется в основном для капитальных и подготовительных выработок, расположенных вне зоны влияния очистных работ.

Расчёт рамной крепи начинается с верхняка, диаметр которого рассчитывается по формуле:

D_в=1,78*³√ (g*ρ*L) / (m*f*δ_из) *а³

где а - половина ширины кровли выработки, м; ρ - плотность породы, кг/м³; L - расстояние между осями крепежных рам, м; f - крепость породы; δ_из - допустимое напряжение на изгиб материала крепи или временное сопротивление сжатию; g - ускорение свободного падения, м/с²; m - коэффициент условий работы крепи.

Диаметр стоек может быть определен по формуле:

d_ст = 2,1* ³√ (g * ρ * L) / (m * f * σ_сж.) * l * a

где σ_сж - временное сопротивление сжатию, (45 МПа); l - длина стойки, м;

Толщина затяжки рассчитывается как балка на двух опорах с равномерной нагрузкой и определяется по формуле:

T = 0.87 L_р*√ (ρ *g*a) / (m*f* δ_изг)

«Предупреждение газодинамических явлений»