книги из ГПНТБ / Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения

логический и гранулометрический состав, а также со­ стояние поверхности зерен. Исключение из состава за­ полнителя частиц мелкой фракции способствует в опре­ деленных пределах увеличению прочности набрызг-бето- на и более экономному расходованию цемента. Этот факт объясняется рядом причин. Во-первых, наличие ча­ стиц размером менее 0,3 мм вызывает резкое увеличе­ ние суммарной поверхности заполнителя, которая долж­ на обволакиваться цементным тестом. Это приводит к увеличению водопотребности и перерасходу цемента, а также к уменьшению прочности бетона из-за пористо­ сти, вызванной последующим испарением избыточной

разованию. Кроме того, наличие частиц мелкой фракции приводит к утонению промежутков между зернами за­ полнителя. В чрезмерно тонкие промежутки не прони­ кает цементное тесто, нарушается сплошность материала

иснижается его прочность.

Вто же время уменьшение доли мелкой фракции за­ полнителя эффективно до тех пор, пока объем цемент­ ного теста с некоторым избытком превышает суммарный объем пор заполнителя. Поэтому чрезмерное уменьше­

пор не заполняется цементным тестом, то прочность на- брызг-бетона снижается.

Набрызг-бетон на искусственном щебне обладает большей прочностью по сравнению с бетоном на природ­ ном заполнителе, так как для первого характерна шеро­ ховатая поверхность частиц, увеличивающая сцепление их с цементным камнем. По этой же причине с исполь­ зованием искусственного щебня уменьшаются общие по­ тери материала при отскоке. Но остроугольные частицы заполнителя имеют при одинаковом объеме большую по­ верхность по сравнению с округленными зернами при­ родного камня. Это вызывает повышение расхода цемен­ та при использовании искусственного заполнителя, но перерасход цемента в этом случае компенсируется, так как уменьшаются потери при отскоке.

Максимальный размер зерен заполнителя определя­ ется, с одной стороны, техническими возможностями обо-

162

рудования, с другой—толщиной покрытия. Современные отечественные и зарубежные набрызг-машины позволяют использовать заполнитель размером до 30 мм. Макси­ мальная крупность щебня принимается равной 10—20% толщины набрызг-бетонного покрытия. Относительное содержание крупного щебня в составе заполнителя для нанесенной набрызг-бетонной смеси составляет 0,2— 0,4 по весу.

Цель расчета набрызг-бетонной смеси — обеспечить необходимую прочность крепи при минимальной ее стоимости. Технологическая специфика набрызга вносит некоторые изменения в методику проектирования соста­ ва смеси по сравнению с опалубочным бетоном [1].

Для выбора марки цемента можно пользоваться эм­ пирической зависимостью

где Ra-б— марка набрызг-бетона.

Водоцементное отношение В/Ц при набрызге контро­ лирует сопловщик и подбирает таким образом, чтобы смесь не оплывала и в то же время была достаточно влажной для предотвращения повышенного отскока и пылеобразования. Поэтому значение В/Ц можно опреде­ лять из условия приготовления теста нормальной густо­ ты и необходимого смачивания заполнителей.

Расход цемента находят из условия заполнения це­ ментным тестом суммарного объема пор, образованных мелким заполнителем,

Если обозначить относительное содержание щебня в общей массе заполнителя через т, то расход его можно выразить через расход песка

Тп! Т объемный вес соответственно песка

ищебня.

Всостав набрызг-бетонной смеси входят также уско­ рители твердения и набора прочности бетона. Но ввиду их небольшого количества по сравнению с основными компонентами в расчете состава их вес можно не учиты­ вать. Содержание составляющих в бетонной смеси при­ нято выражать в относительных единицах от цемента по весу

в • ц ' и

164

или по объему

Ц . п ш щ

При составлении смеси для набрызг-бетона необходи­ мо учитывать потери материала при отскоке. Опыт без­ опалубочного бетонирования показывает, что величина потерь каждого из компонентов различна и зависит от многих факторов. С учетом потерь фактический расход материалов на 1 м3 бетона в деле равен:

На основе набрызг-бетона можно выполнять не­ сколько видов крепей горных выработок. Набрызг-бе- тон можно применять как в «чистом» виде, так и в со­ четании с другими конструкциями (анкерная, рамная и др). Ниже приводится описание крепей, выполняемых на основе набрызг-бетона.

Предохранительные крепи из набрызг-бетона пред­ ставляют собой оболочку толщиной от нескольких мил­ лиметров на выступах до 5-—7 см на впадинах контура выработки. В качестве постоянной такая крепь приме-

165

няется в выработках, заложенных в достаточно устойчи­ вых породах, и предназначена для предохранения пород­ ных обнажений от выветривания, а также для поддер­ жания небольших местных вывалов и отслоений в зоне локального ослабления породного массива. Кроме того, бетонная смесь в этом случае заполняет разрывы и тре­ щины в породах, вызванные взрывными работами или естественными причинами. При этом увеличивается устойчивость обнажений, несколько сглаживаются не­ ровности контура, уменьшается аэродинамическое сопро­

весьма высокой несущей способностью. При этом следует учитывать, что при полном контакте с породным кон­ туром и хорошем уплотнении бетонной смеси набрызгбетонная крепь одинаковой толщины с аналогичной бе­

ность такой крепи достаточно высока и может быть уве­

ния несущего слоя). Поэтому, если возводить набрызгбетонную крепь с периодическими утолщениями по дли­ не выработки, можно повысить ее несущую способность по сравнению со сплошной при эквивалентном расходе бетона.

Сущность возведения арочной крепи «вразбежку» за­ ключается в том, что периодически по длине выработки устанавливают арки из набрызг-бетона расчетной тол­ щины и ширины (10—30 см), а пространство между ни­ ми заполняют слоем бетона (2—3 см). Несущую способ­ ность такой крепи можно изменять в определенном диа­ пазоне, варьируя толщиной арок из набрызг-бетона, рас-

166

стоянием между ними, а также путем их армирования металлом.

Комбинированные крепи. К ним можно отнести штан­ говую с последующим набрызгом и двухслойную подат­ ливую крепь.

Параметры штанговой крепи с набрызгом можно из­ менять в широких пределах за счет длины и плотности установки анкеров, толщины набрызг-бетонного покры­ тия и длительности промежутка времени между установ­ кой анкеров и производством набрызга. Использование анкерной и набрызг-бетонной крепи в совместной конст­ рукции дает возможность исключить основные недостат­ ки, присущие каждой из них в отдельности. Штанговая крепь, обладая высокой несущей способностью и необ­ ходимой податливостью, не может, однако, предохра­ нить приконтурный слой пород от выветривания и рас­ трескивания. В свою очередь, крепь из набрызг-бетона имеет небольшую податливость, но, возведенная с опре­ деленным отставанием за зоной интенсивных смещений, в состоянии воспринять без разрушения оставшуюся их часть и в то же время, заполняя трещины приконтурного слоя массива, надежно изолирует породные обнажения и элементы штанговой крепи от вредного влияния руд­ ничной атмосферы.

В зависимости от конкретных горно-геологических и горнотехнических условий применяются различные кон­ структивные решения при использовании комбинирован­ ной крепи из анкеров и набрызг-бедона. Штанги могу г быть металлическими или железобетонными, установле­ ны со сплошной металлической сеткой, с металлическими полосами по периметру выработки, или независимо друг от друга с небольшими по площади накладками.

Основной слой набрызг-бетона целесообразно возво­ дить через определенное время после установки анкеров. При большой трещиноватости приконтурного массива имеет смысл провести первоначальный иабрызг сразу за проходкой для повышения устойчивости породных обна­ жений и вторичный—уже после установки анкеров. При таком способе повышается несущая способность крепи в целом, так как более рационально используется ме­ таллическая часть перекрытия (сетка, полосы и т. п.), выполняющая роль арматуры, которую в этом случае

167

Целесообразность применения набрызг-бетонных крепей обусловлена соответствием их параметров горно­ техническим и горно-геологическим условиям сооруже­ ния выработки, определяющим режим взаимодействия и вмещающих пород.

Основными параметрами крепей является податли­ вость и несущая способность. Несущую способность кре­ пей из набрызг-бетона можно увеличивать, задаваясь толщиной и маркой бетона. Таким образом, область при­ менения набрызг-бетонной крепи величиной несущей способности практически не ограничивается.

Сложнее решить вопрос податливости крепи, которая относится к жестким конструкциям. Податливость на­ брызг-бетонной крепи обусловливается такими свойства­

ставлять для однопутевых выработок 30—40 мм и двухпутевых — 40—50 мм. Сопоставляя допустимую податли­ вость набрызг-бетонной крепи с ожидаемыми смещения­ ми контура выработки, которые определяются устойчи­ востью породных обнажений, можно выделить область рационального использования этой конструкции.

Одним из критериев, удачно характеризующих устой­

т е

чивость породных обнажении, является параметр

168

между напряжениями в породах и их крепостью, харак­ теризует уровень запаса прочности массива в окрест­ ности выработки. Данные табл. 25, полученные на осно­ вании исследований ДонУГИ [39], дают возможность оценить устойчивость выработки и выявить основные требования, предъявляемые к крепи, в зависимости от

Т Я

параметра—І д—.

При выборе набрызг-бетонной крепи необходимо ис­ ходить из того положения, что смещения, воспринимае­ мые ею, не должны превышать 30—50 мм. Удовлетво­ рить этому требованию можно в весьма широком диа­ пазоне условий, если учесть ряд конструктивных реше­ ний и технологических мероприятий.

Так, в устойчивых породах целесообразно применять набрызг-бетон в «чистом» виде при возведении крепи вслед за забоем по мере проходки, В породах средней устойчивости допустимы комбинированные крепи на основе набрызг-бетона или повторное бетонирование. В первом случае набрызг необходимо выполнять с отста­ ванием от проходки выработки во времени и простран­ стве с таким расчетом, чтобы оставшаяся часть смеще­ ний контура не превышала конструктивной податливости крепи. Толщина бетона в этом случае проектируется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к несу­ щей способности конструкции. Во втором случае на­ брызг-бетон толщиной в 1—3 см используют в качестве временной крепи, возводимой сразу после выемки поро­ ды. Такой слой имеет достаточно высокую для времен­ ной крепи несущую способность, вовлекая в работу омоноличенный при набрызге приконтурный слой растрес­ кавшихся пород.

В породах средней устойчивости следует заранее рас­ считывать на частичное разрушение возведенной таким образом крепи ввиду недостаточной ее податливости. По­ явление трещин в бетоне в зоне действия преобладаю­ щих смещений не означает, что несущая способность крепи исчерпалась, а только сигнализирует о появлении шарнира и наступлении первого предельного состояния

169

для у с л о в и и > 0,65 не проводились.

170