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

глубинах вне зоны влияния очистных работ. Частично монолитную бетонную крепь применяют и в глубоких шахтах, преимущественно в прочных устойчивых поро­ дах при небольших сечениях горных выработок. Она яв­ ляется основной для вертикальных стволов, проходимых обычным способом независимо от глубины. При этом

выполнены без обратного свода с прямолинейными стен­ ками и верхним коробовым сводом.

В зависимости от величины сечения выработки и кре­

условий применения в выработке электровозов со сцеп­ ным весом 8—10 т при откатке грузов в однотонных ва­

41

монолитные бетонные крепи, как показывает практика, не эффективно. Необходимо считаться с тем обстоятель­ ством, что такая крепь может воспринимать давление пород только через определенный промежуток времени после возведения. Поэтому областью эффективного при­ менения бетонной крепи являются капитальные выработ­ ки, размещенные в прочных породах с относительно не­ большими смещениями контура (до 3—5 см).

Такой крепью, например, закреплено большинство выработок и камер околоствольного двора гор. 800 м шахты № 32 «Вентиляционная» комбината «Торезантрацит», размещенных в песчаниках с пределом прочности 1600—1800 кГ/см2. Несмотря на большую глубину, бе­ тонная крепь находится в удовлетворительном состоя­ нии. Известен положительный опыт применения бетон­ ной крепи на ряде других глубоких шахт с более сла­

Попытки применения бетонной крепи в основных ка­ питальных выработках на глубоких шахтах им. Поченкова, им. Бажанова комбината «Макеевуголь», им. газе­ ты «Социалистический Донбасс» комбината «Донецкуголь», им. Ильича комбината «Кадиевуголь» и других оказались неудачными.

Проектировали бетонные крепи для указанных шахт на основе работы таких крепей в шахтах малых и сред­ них глубин. Крепь применялась в выработках, как пра­

слабых породах с пределом прочности на сжатие 300—600 кГ/см2.

Характер деформации монолитной бетонной крепи, неоднократно наблюдавшийся и зафиксированный мно­ гими исследователями, сводится к появлению в своде и стенах трещин, которые со временем расширяются и приводят к появлению сколов, смещений и вывалов бе­ тона. Наибольшие разрушения крепи наблюдались в выработках сечением более 10 м2, размещенных в сла­ бых песчано-глинистых и глинистых сланцах. Посколь­ ку бетонная крепь, как правило, применяется без обрат­ ного свода, то даже при сравнительно небольших боко­ вых нагрузках происходит выдавливание стен крепи с

42

образованием на уровне пяты свода горизонтальных трещин. Из обследованных выработок глубоких шахт, закрепленных монолитным бетоном, деформированными в различной степени оказалось 46% [13]. Как показы­ вает практика, разрушение бетонной крепи в большинст­ ве случаев наступает в течение 1—2 месяцев после воз­ ведения.

Таким образом, при значительных смещениях кон­ тура выработки традиционные монолитные бетонные крепи оказываются неэффективными. Бетон, упрочняясь, образует практически жесткую конструкцию и при ин­ тенсивных смещениях пород разрушается. С переходом на большие глубины монолитную бетонную крепь стала вытеснять железобетонная (табл. 7).

В выработках шахт «Центральная» № 1 комбината «Красноармейскуголь» и «Красная Звезда» комбината «Торезантрацит» (глубина 770 м) испытывалась экс­ периментальная крепь (рис. 4). В стенах и своде этой крепи по периметру выработки были уложены податли­ вые прокладки из деревянных брусьев толщиной 100 мм. Участок выработки с экспериментальной крепью на шахте «Красная Звезда» был размещен в слабых не­ устойчивых породах, склонных к проявлению большого горного давления.

Как показали исследования, монолитная бетонная крепь с податливыми прокладками может работать в податливом режиме только в случае равномерного сме­ щения пород по всему периметру. Если преобладает од-

43

щения пород деформировалась. Смятие податливых прокладок происходило в тех местах по контуру выра­ ботки, где крепь могла проскальзывать относительно по­ роды, благодаря забутовке, местами заполнявшей из­ лишки сечения выработки.

В этом отношении интересна двухслойная комбини­ рованная крепь, внутренний слой которой из монолитно­ го бетона является грузонесущим, а внешний — из ис­ кусственного легкосминающегося материала — предна­ значен для компенсации смещений пород. Разработка и исследование этой крепи приведены в главе I I I .

Монолитная железобетонная крепь

В настоящее время в сложных горно-геологических условиях глубоких шахт широко применяются жесткие металлобетонные крепи различной конструкции, выпол­ няемые из двутаврового профиля и спецпрофиля с бе­ тонным заполнением междурамного пространства. Крепь из спецпрофиля СП-27 с бетонным заполнением идет для крепления выработок сечением в свету менее 9,6 м2.

44

При большем сечении жесткой арматурой служит дву­ тавровый профиль № 20в (ОСТ 10016—39).

Крепь из двутаврового профиля с бетонным заполне­ нием известна в Донбассе давно. Ею по проектам Донгипрошахта закреплены околоствольные дворы глубоких шахт им. Поченкова, им. Бажанова, им. газеты «Социа­

выработки с учетом ее горно-геологических условий. Это лозволило в течение 8—10 лет разработать и исследо­ вать в промышленных условиях различные варианты конструкции крепи, форму сечения, узлы соединений элементов и др.

Отсутствие унификации двутавровой крепи и индиьидуальное ее проектирование привело к появлению большого количества типоразмеров с различными радиусами кривизны элементов металлоконструкций и многообразию конструктивных решений узлов соедине­

не позволяет изготовлять крепи по прогрессивной техно­ логии — штамповать в унифицированных матрицах. Су­ ществующая же технология несовершенна, стенки и полки профиля при гнутье деформируются, что является одной из причин преждевременного разрушения крепи в выработках [34].

Разрушение крепи из двутаврового профиля с бетон­ ным заполнением усугубляется еще и тем, что форма сечения крепи, как правило, принимается с прямыми стенками и с верхним коробовым сводом. Поэтому очер­ тание свода крепи практически представляет собой пло­ ское перекрытие и в условиях глубоких шахт при боль­ шом вертикальном давлении является местом наиболь­ ших деформаций. В индивидуальной двутавровой крепи стойки с верхняками соединяются плоскими накладками на болтах, имеющими недостаточную прочность.

Из обследованных выработок, закрепленных такой крепью, деформированными оказались 25%. Наиболь­ шие деформации наблюдаются в выработках, разме-

45

а

i

Рис. 5. Общий вид унифицированной крепи К ДЗ ( а ) и КДА(б) из двутаврового профиля с бетонным запол­ нением

щенных в слабых породах. В прочных, устойчивых по­ родах при небольших сечениях выработок состояние металлобетонной крепи в большинстве случаев удовлетво­ рительное.

Учет недостатков металлобетонных конструкций по­ зволил Донгипрошахту разработать унифицированную крепь из двутаврового профиля № 20в, 24в и 27в (ОСТ 10016—39) с заполнением междурамного пространства

46

бетоном марки 200 [35]. Для унификации сечений и эле­ ментов Донгипрошахтом выполнен анализ параметров 40 км капитальных выработок глубоких шахт Донбасса. Для этого было отобрано 20 наиболее представительных

сов кривизны металлоконструкций крепей КДЗ и КДА удалось уменьшить до 10. Для всех типоразмеров крепи используются только две разновидности стоек с различ­

одинакова и в зависимости от номера двутавра состав­ ляет 200, 240 и 270 мм, а требуемая грузонесущая спо­ собность обеспечивается за счет разного количества арок металлоконструкции на 1 м выработки. Параметры раз­ работанных унифицированных крепей КДЗ и КДА при­ ведены в табл. 8 и 9. В 1967 г. крепи успешно прошли испытания на Октябрьском руднике и теперь широко применяются в проектах и при строительстве глубоких шахт.

Крепи КДЗ и КДА с бетонным заполнением по ре­ жиму работы являются жесткими, что не позволяет ре­ комендовать их для сложных горно-геологических усло­ вий при больших смещениях пород. Область рациональ­ ного применения двутавровых крепей — преимуществен­ но выработки и камеры околоствольных дворов с боль­ шим сроком службы, а также сопряжения, расположен­ ные в непосредственной близости от стволов, где подат­ ливые или ограниченно податливые крепи использовать опасно в связи с чрезмерным развитием зоны неупругих деформаций пород над выработками и выходом из рав­ новесия приствольного массива.

Требуемая устойчивость двутавровых крепей в этих условиях обеспечивается путем цементации нарушенных

47

Разработанные крепи можно использовать также в выработках и камерах с большими поперечными сече­ ниями, имеющих важное значение для нормальной экс­ плуатации шахты и размещенных в породах с пределом

скую податливость» конструкции. В этом случае метал­ лические двутавровые арки рекомендуется устанавли­ вать у забоя выработки, а заполнять их бетоном после окончания интенсивных смещений контура пород, чтобы исключить отрицательное влияние нагрузок на процесс твердения бетона. При такой технологии крепления сме­ щение контура пород происходит в основном за счет имеющихся переборов за крепью, величина которых при буровзрывном способе проходки достигает 150—200 мм, смятия мелкокусковатой забутовки в своде и некоторой подвижности двутавровых арок.

В сложных горно-геологических условиях, где имеет место значительное смещение пород, или при комбайно­ вой проходке, когда переборы за крепью небольшие, устанавливать жесткие двутавровые арки у забоя выра­ ботки нерационально из-за опасности их деформации. В этом случае целесообразнее применять крепи ограничен­ ной податливости из спецпрофиля СВП-27 с бетонным заполнением.

Крепь, работающая в режиме ограниченной податли­ вости (рис. 6), разработана Донгипрошахтом совместно с ДонУГИ в 1972 г. В основу разработки положены ре­

выработок околоствольных дворов 18 наиболее предста­ вительных глубоких шахт Донбасса.

В соответствии с выполненной унификацией в проек­ те разработано 8 типоразмеров крепей замкнутой (тип МПКЗ—металлобетонная податливая крепь замкнутая) и арочной формы (тип МПКА—металлобетонная подат­ ливая крепь арочная) сечением в свету от 6,4 до 17,1 м2. Основные несущие элементы такой крепи — металличе­ ские арки, изготовляемые на рудоремонтных заводах из спецпрофиля СВП-27, и бетонное заполнение. Пара-

50