4.2. Индивидуальные призабойные крепи

Индивидуальная крепь состоит из стоек и верхняков. Стойка является основным опорным элементом крепи, оказывающим сопро­тивление опусканию пород кровли в закрепленной выработке. Верхняк, располагаемый у кровли и представляющий собой жесткую или упругую балку, поддерживает породы кровли выработки от обрушения и передает усилие от стойки к породам кровли.

Индивидуальные крепи могут иметь разные конструкции и зави­симости между реакцией R и просадками h, т. е. перемещением опоры в направлении действия силы. Эта зависимость характери­зуется одним из углов наклона характеристики крепи — к оси деформации  или к оси реакции  (рис. 4.1). При прямолинейных характеристиках крепи отношение R/h = tg отражает жесткость крепи. Обратное отношение h/ R называется податливостью крепи и характеризует уменьшение длины стойки под нагрузкой.

По А. А. Борисову, все крепи разделяются на три типа:

I тип — 0 < tg  < . Такие крепи называются крепями на­растающего сопротивления, у них R = f (tg ).

II тип — tg   0. Такие крепи называются крепями посто­янного сопротивления, у них R = const.

III тип — tg   . Такие крепи называются жесткими.

Крепи I типа обычно делят на крепи крутонарастающего и пологонарастающего сопротивления.

Основными технологическими параметрами крепи являются: начальный распор, начальное сопротивление, раздвижность, номи­нальное рабочее сопротивление стойки, максимальная расчетная просадка и несущая способность.

Под начальным ра­спором понимают начальное усилие, создаваемое в стойке при ее установке в рабочее положе­ние. После установки она на­чинает сопротивляться опуска­нию пород кровли и начинает проседать только после преодоле­ния ее начального сопро­тивления R_н.

Среднее значение максимально допустимого сопротивления стой­ки опусканию кровли называют номинальным рабо­чим сопротивлением стойки R_р. Изменение же сопро­тивления стойки опусканию пород кровли при ее податливости на­зывают рабочей характеристикой стойки (рис. 4. 2).

Под действием давления пород кровли длина стойки уменьшает­ся на величину просадки стойки. После максимальной просадки несущая спо­собность крепи оказывается исчерпанной и происходит ее раз­рушение.

Важной характеристикой крепи является ее раздвиж­ность, под которой понимают предельно допустимое увеличение длины стойки за счет выдвижной части.

Призабойные и посадочные стойки могут быть стойками трения и гидравлическими.

Стойки трения подразделяются на стойки трения нара­стающего сопротивления и постоянного сопротивления. У первых податливость ограничивается пределом упругой деформации деталей клиновых замков, а рабочая характеристика зависит от конструктив­ных особенностей замка стойки и выдвижной части. Стойки трения постоянного сопротивления имеют незначительную величину податливости (10—15 мм) до установления полного рабочего сопротив­ления; в последующем происходит относительно незначительное изменение рабочего сопротивления вследствие нестабильности ко­эффициента трения между выдвижной частью и замком.

Рис. 4.1. Рабочие характеристики стоек:

1 — крутонарастающего сопротивления;

2 — пологонарастающего сопротивления;

3— постоянного сопротивления;

h_Т — ход самозатяжки в стойках трения, упругая податливость — в гидравлических стой­ках

Рис. 4.2. Характеристики крепи постоянного сопротивления

Стойки трения постоянного сопротивления по своей характе­ристике в большей степени, чем стойки нарастающего сопротивле­ния, соответствуют характеру сдвижений кровли в очистных забоях. Рабочее сопротивление этих стоек достигается быстрее и препят­ствует расслоению кровли.

В настоящее время отечественной промышленностью выпус­каются серийно стойки трения различных типов и типоразмеров с раздвижностью от 200 до 880 мм и рабочим сопротивлением от 10 до 35 тс.

В гидравлической стойке для создания рабочего сопротивления опусканию пород кровли использовано сопротивле­ние жидкости, вытесняемой из замкнутой рабочей полости гидро­цилиндра через предохранительный клапан. Основные преимуще­ства гидравлических стоек по сравнению со стойками трения:

стабильная характеристика постоянного сопротивления, не за­висящая от внешних условий. Разброс рабочей характеристики стоек трения в шахтных условиях составляет (±20)—(±45%), гидравличе­ских стоек — не выше ±10%. В связи с этим фактическое рабочее сопротивление у гидравлических стоек на 20—31% выше, чем у стоек трения;

относительно большая величина усилия начального распора, равная 8—10 тс против 2—4 тс у стоек трения. Благодаря этому гидравлическая стойка в 2—5 раз быстрее достигает рабочего сопро­тивления и сокращается время работы стойки в режиме нараста­ющего сопротивления, что улучшает состояние пород кровли. Замена стоек трения гидравлическими уменьшает сдвижения кровли в очи­стном забое на 15—25%;

меньшая трудоемкость работ по креплению и извлечению стоек, увеличение темпов работ по креплению (на установку гидравличе­ских стоек затрачивается на 20—40% меньше времени, чем на уста­новку стоек трения);

возможность дистанционной разгрузки и повышение безопасности работ;

меньшие потери стоек, что обусловлено дистанционной разгруз­кой. Норматив потерь для гидравлических стоек равен 1 %, для стоек трения — 4%.

К недостаткам гидравлических стоек относятся:

большая начальная их стоимость, которая в 4—7 раз превышает стоимость стоек трения. С учетом же потерь стоек более экономич­ными являются гидравлические стойки;

повышенные требования к эксплуатации стоек, профилактиче­ским осмотрам, текущему и капитальному ремонту.

По системе питания рабочей жидкостью гидравлические стойки разделяют на стойки с внутренним и внешним пита­нием. В первом случае насос встроен внутрь каждой гидравлической стойки и рабочая жидкость, залитая в стойки перед вводом в работу, находится в них постоянно в течение всего периода эксплу­атации. В стойках с внешним питанием насос находится вне стойки и требуется подвод жидкости под давлением от насоса по напорной магистрали при каждой установке гидростойки.

Преимущества гидравлических стоек с внешним питанием по сравнению со стойками с внутренней гидравликой:

более простая конструкция, повышенная надежность и меньшая стоимость;

более высокая степень механизации крепления;

одинаковый начальный распор всех стоек, так как они питаются от одной насосной станции;

возможность использования в качестве рабочей жидкости деше­вой водомасляной эмульсии.

Недостатками гидравлических стоек с внешним питанием яв­ляются отсутствие автономности и более длительное время их установки по сравнению со стойками с внутренним питанием, а также необходимость прокладывания гибкого рукава по очистному забою для подвода к гидростойкам рабочей жидкости.

Рабочее сопротивление гидравлических стоек, выпускаемых оте­чественными заводами, составляет 15—25 тс, раздвижность от 170 до 800 мм. Техническая характеристика гидравлических стоек приведена в табл. 4.1.

Таблица 4. 1

Тип стойки	Типоразмер	Высота стойки с минималь­ной насад­кой, мм	Масса стойки с минимальной насадкой, кг	Начальный распор, тс		Рабочее сопротивле­ние, TC
Стойки с внутренним питанием
ГСУ	Г1 Г2 ГЗ Г4 Г5 Г6	480 560 670 800 950 1120	19,5 21,5 25,1 28,4 32,0 36,3	15		20
ГСК	Г5 Г6 Г7 Г8 Г9 Г10	980 1150 1350 1630 1900 2640	44,7 49,8 53,8 61,5 68,2 74,2	10—25		25
Стойки с внешним питанием
ГВТ	ГВ1 ГВ2 ГВЗ ГВ4 ГВ5 ГВ6	480 560 670 800 950 1120	22 24 28 33 38 44		10		20
ГBC	ГВ7 ГВ8 ГВ9 ГВ10	1350 1630 1900 2240	42 48 54 60		10		25