Рамная крепь

В связи с наличием в соленом массиве глинистых прослойков, слоев карбонатных пород и ползучестью каменой соли с течением времени в той или иной мере происходит смещение природного контура выработок, образование расслоений в породах кровли с последующим обрушением. Как правило это проявляется при значительных сроках службы выработок. В последнее время на рудниках ОАО «Уралкалий» был произведен капитальный ремонт ряда выработок околоствольных дворов. Были установлены металлические жесткие рамы крепи и костры в закрепленном пространстве. Через 5 лет после установки рамной крепи было отмечено интенсивное сжатие торцов металлических верхняков из-за вертикальной конвергенции боковых пород. В некоторых случаях горное давление привело к изгибу вертикальных балок.

Углы традиционных костров расположены прямо над продольными балками (двутаврами), что привело к передаче нагрузки от вертикальной конвергенции кровли-почвы камеры на узлы сопряжения между поперечными и продольными балками крепи и непосредственно на продольные балки.

Традиционно костры выдерживают большие нагрузки, которые могут превышать более 100 тонн, без разрушения. Естественно что металлическая крепь не в состоянии противостоять таким нагрузкам, поэтому происходить потеря устойчивости вертикальной стенки двутавра, развиваются значительные пластические деформации крепи.

В некоторых случаях деформация металлоконструкций может быть очень значительной, в дальнейшем это может привести к полной потере устойчивости конструкции в целом с выворачиванием опорных стоек и нарушением функционального использования рабочего пространства камеры.

Основной причиной всех нарушений является применение забутовки в виде традиционных (жестких) костров, передающих значительное усилие, возникающее при ползучести кровли и почвы, на рамную крепь.

При определении нагрузок на рамную металлическую крепь учитываются следующие обстоятельства:

1. Вертикальная конвергенция приконтурных пород, вызванная ползучестью соленого массива, изменяется в диапазоне 11-22 мм/год и зависит от размеров поперечного сечения выработки.

2. Возможные обрушения отслоений пород кровли на рамную крепь.

3. За длительный период эксплуатации выработок произошло расслоение пород кровли в диапазоне глубин 0,6-3,0 м от породного контура

4. Выработки должны находиться в эксплуатационном состоянии еще не менее 30 лет.

Костровая крепь повышенной податливости

Стандартные костры состоящие из шести ярусов, характеризуются резким нарастанием нагрузки достигающей (1300-1800КН). Эти костры могут выдерживать большие деформации (более 50%) без разрушения элементов конструкции и без потери устойчивости, приводящие к возрастающим нагрузкам (увеличению жесткости). Эта способность является положительной при небольших перемещениях кровли (3-5см), то при смещениях 20-30см возникают значительные нагрузки, превышающие 100-150 тонн на один костер. Ясно что обычные металлоконструкции поддерживающие настил не выдержат таких нагрузок. Податливый костер характеризуется более медленным нарастанием нагрузки (400-500КН).

Для обеспечения эксплуатационного состояния горной выработки в течении 30 лет в солевых породах, обладающих ползучестью со скоростью вертикального смещения 0,1см/год, костровая крепь должна обладать общей податливостью 30 см. при применении обычных костров нагрузка достигает1800КН, что в определенных конструкциях может привести к разрушению металлоконструкций. В данных условия целесообразно применение рамной металлической крепи с податливыми кострами, расположенными в пространстве между кровлей и балками перекрытия рамной крепи.

В условиях, при которых невозможно применение горючих материалов (вблизи сопряжений с шахтными стволами), следует применять конструкции, включающие использование металлических стоек трения постоянного сопротивления вместо деревянных костров.

В некоторых условиях с успехом могут применяться трубчатые податливые элементы.