§ 30. Крепление горизонтальных и наклонных горных выработок

Для сохранения формы поперечного сечения и размеров горных выработок их обычно крепят. Вид крепи и материал, из которого их изготовляют, зависят от величины и направления давления горных пород, что в свою очередь определяется свойствами боко­вых пород и размерами поперечного сечения выработки. Чем мень­ше выработки и чем крепче боковые породы, тем меньше давление на крепь.

Крепь бывает деревянной, металлической, каменной, бетонной, железобетонной и смешанной.

Крепежные материалы и их классификация. В настоящее вре­мя для крепления горных выработок применяют следующие ос-

новные крепежные материалы: древесину, металл, бетон и железо­бетон.

Древесина как крепежный материал находит в настоящее вре­мя еще широкое применение в угольной промышленности СССР. Ее достоинствами являются удобство обработки, установки, а также ремонта крепи. К недостаткам древесины относятся: пожа-роопасность, небольшая механическая прочность и подвержен­ность гниению, а также небольшой срок службы. Срок службы деревянной крепи (из сосны) в неблагоприятных условиях 3—6 мес, в средних — 1,5—3 года и в хороших —до 5 лет. Основным мероприятием для продления срока службы деревянной крепи является пропитка древесины антисептиками. Чаще всего для этой цели применяют фтористый натрий.

Металл как крепежный материал широко применя­ется в угольной промышленности СССР, причем объем применения металлической крепи постоянно увеличивается. Металлическую крепь изготовляют из стали и чугуна, а также из малоуглеродис­тых сталей. В качестве стального проката применяют двутавровые балки, разного рода рельсы и балки специального желобчатого профиля. Металлическая крепь по сравнению с деревянной имеет ряд преимуществ: удобная конструктивная форма, позволяющая регулировать податливость крепи; высокая прочность; возможность повторного использования и относительно большой срок службы— около 10—15 лет. Из всех видов металлической крепи 92% при­ходится на рамную. В настоящее время рекомендуются к приме­нению металлические крепи МПК, МИ К и КПС.

Бетон представляет собой искусственный материал, получаю­щийся в результате затвердевания смеси, состоящей из цемента, щебня, песка и воды. Бетон имеет много разновидностей в зави­симости от качества его составных частей, а также способов при­готовления. Для крепления горных выработок применяют бетон с соотношением составных частей 1:2:4 или 1:3:5. Это означает, что в первом случае на одну часть (по массе) цемента берут две части песка и четыре части щебня или гравия, а во втором— на одну часть цемента берут три части песка и пять частей щебня или гравия. Песок для создания бетонной крепи не должен содер­жать илистых или глинистых частей, а щебень должен быть при­готовлен по возможности из крепких горных пород: гранита, гней­са, базальта, крепкого песчаника, крепкого известняка и т. д. При наличии в смеси вредных примесей их удаляют путем про­мывки.

Различают тяжелый бетон (плотностью 1800 кг/м³ и более) и легкий (плотностью менее 1800 кг/м³). Для крепления горных выработок применяют тяжелый бетон. Бетон обладает ценным свойством — с увеличением срока службы его прочность увеличи­вается: через год примерно в 1,5 раза, а через 8 лет в 2 раза.

В зависимости от количества воды в смеси различают бетон

жесткий, пластичный и литой. Первый содержит 6—6,5% воды от

массы сухой смеси. Этот бетон применяют обязательно с тгдатель

76

77

ной трамбовкой. Второй содержит 6,5—8% воды от массы сухой смеси. Этот бетон требует меньшего уплотнения, его применяют для приготовления железобетона. Третий содержит 8—10% воды от массы сухой смеси, он называется литым бетоном, так как при укладке вообще не требует уплотнения. Бетон отлично работает на сжатие и в меньшей степени — на растяжение и изгиб. Для гор­ной крепи применяют бетон марок 100, 150, 200 и 300.

Достоинством бетона как крепежного материала является вы­сокая прочность на сжатие, долговечность, огнестойкость, отно­сительно низкая стоимость и возможность хорошей формовки.

К основным недостаткам возведения крепи из бетона в шахте относится трудоемкость процессов, а также то, что бетонная крепь до затвердевания бетона не воспринимает на себя горное давление. Бетонная крепь широко применяется для крепления вертикаль­ных, наклонных и горизонтальных выработок с установившимся горным давлением, а также камер и других околоствольных вы­работок. Срок службы бетонной крепи неограничен.

Торкрет-бетон является разновидностью бетона, он состо­ит из цемента и мелкого заполнителя—песка. Песок для получе­ния такого бетона берется чистый кварцевый с зернами размером 0,35—5 мм. Количество воды составляет около 10—12% массы сухой смеси.

Железобетон представляет собой соединение стали и бето­на. Сталь имеет большое сопротивление при разрыве, а бетон — при сжатии. Объединение двух материалов — стали и бетона дает возможность получить крепежный материал с весьма высокими показателями как при разрыве, так и при сжатии. Все более ши­рокое применение в качестве крепежного материала в горной про­мышленности вообще и в угольной в частности получает сборный железобетон.

Анкерная (штанговая) кр еп ь применяется в очистных и подготовительных выработках как в качестве самостоятельной крепи для удержания пород непосредственной кровли от обруше­ния без применения стоек, так и в сочетании с другими видами крепи в целях уменьшения горного давления на крепь и снижения плотности крепи. Анкерная крепь бывает металлической, реже деревянной и железобетонной. Стержни крепи заводят в специаль­но пробуренные шпуры (скважины) и при помощи распорных го­ловок закрепляют в устойчивых массивах пород. Принцип дейст­вия анкерной крепи заключается «в подшивке» слабых пород непосредственной кровли к массиву крепких пород.

В ИГД им. А. А. Скочинского разработаны два вида анкерной крепи: с закреплением в породах быстротвердеющимн химически­ми составами и винтового типа. Обе крепи применяются для крепления горных выработок различного назначения и срока службы.

Анкеры, закрепляемые химическими составами, в отличие от анкеров с механическими замками закрепляются по всей длине шпура или значительной его части.

78

Комплект анкера состоит из стержня с нарезкой на длине 100—150 мм, ампул с химическим закрепителем, уплотнительного кольца, опорной плитки и натяжной гайки. Стержень изготовляет­ся из стали, дерева и других материалов круглого или периодиче­ского профиля диаметром 18—25 мм.

Ампула с химическим закрепителем содержит синтетическую смолу, наполнитель и отвердитель. Закрепляющий состав поме­щается в полиэтиленовую и стеклянную оболочку диаметром 22 36 мм (в зависимости от диаметра скважины), длиной 350—400 мм, внутри которой находится полиэтиленовая или стеклянная ампула диаметром 5—10 мм с отвердителем. Ампулы герметически за­крываются или запаиваются.

Анкеры устанавливаются в скважинах, располагаемых в со­ответствии с принятым паспортом крепления. В скважину может вводиться одна или несколько ампул. Для удобства посылки в скважину сразу нескольких ампул применяется специальное шар-нирно-разъемное устройство (зарядник). Вслед за ампулами вво­дится армирующий стержень с резиновым уплотнительным коль­цом, препятствующим вытеканию смолы. На конец стержня с нерезкой навинчивается насадка, вставляемая в электросверло, при вращении и поступательном движении которой разрушаются оболочки ампул и перемешивается их содержимое. Время враще­ния насадки 30—40 с, время «схватывания» закрепителя в зави­симости от его состава 8—15 мин. Навеска подхватов и опорных элементов производится через 20—30 мин после установки анке­ра.

Способ механического упрочнения породной толщи кровли горных выработок с помощью крепи винтового типа заключается в бурении на определенную глубину восстающих перемещающихся шпуров и ввинчивании в" них металлических винтов, имеющих по длине резьбу специального профиля. Наружный диаметр резьбы несколько больше диаметра шпура. Винты устанавливаются в шах­матном порядке. Кровля при использовании этого способа упроч­няется. Характерной конструктивной особенностью рассматрива­емой анкерной крепи является то, что она состоит всего из одной детали—в и н т а.

В последние годы анкерная крепь получила широкое распро­странение. На некоторых шахтах Кузбасса («Новая», «Юбилей­ная») анкерами крепят до 80%, а на «Абашевской» 94% всех подготовительных выработок.

Паспорт крепления горных выработок. В соот­ветствии с правилами безопасного ведения горных работ каждая выработка должна иметь паспорт крепления, который представля­ет собой технический документ, состоящий из графической части и пояснительной записки к ней. В графической части показывают поперечный и продольный разрезы выработки, указывают тип и размеры временной и постоянной крепи и другие необходимые данные, а также приводят характеристику выработки и расход крепежных материалов на 1 м выработки.

79

В пояснительной записке содержатся характеристика боковых пород, а также обоснование выбора типа и конструкции крепи. Паспорт крепления утверждает главный инженер шахты. При изменении геологических условии паспорт необходимо /пересмот­реть. Проведение горных выработок без утвержденного паспорта крепления запрещено.