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

Из равенства этих безразмерных комбинаций для модели и натуры легко определяются масштабы подо­ бия, зная, что геометрический масштаб

Л .

Здесь индексы н — натура, м — модель.

Материал модели принят тот же, что и натуры, т. е. бетон (или затвердевшая песчано-цементная смесь). Та­ ким образом,

Кроме того, при моделировании должно соблюдаться равенство безразмерных комбинаций в натуре и модели

и -g-. Силовое подобие модели и натуры будет вы­ полнено в случае, если на модель, геометрически умень­ шенную в 20 раз по сравнению с натурой, будет прило­ жена нагрузка в 400 раз меньше натурной. Удельные на­

нии, т. е. до появления первых трещин в местах макси­

61

должна испытывать при всестороннем, хотя и неравно­ мерном смещении контура, примерно одинаковую на­ грузку 1—2 кГ/см2 (10—20 Т/м2).

Крепь испытывает нагрузку в результате смещения породного контура выработки. На экспериментальном стенде (рис. 9) смещения задавались 12 винтовыми дом­ кратами через пуансоны, а нагрузка, возникающая при этом, фиксировалась с помощью специальных тензодинамометров. Распределение смещений по контуру выра­ ботки принято на основе результатов шахтных инстру­ ментальных наблюдений. При эксперименте отношения горизонтальных к вертикальным смещениям варьирова­ лись от 0 до 1,0.

Несущая способность определялась до появления первых трещин в зоне преобладающих смещений для конструкций арочной формы с прямыми стенками и кольцевой Крепью. Имитировались условия работы кре­ пи в выработках, расположенных по простиранию в по­ родах с углом падения в среднем 15°. Поэтому макси­ мальные смещения (нагрузка) задавались домкратом, расположенным под углом 15° к вертикальной оси. Условия испытания крепей представлены в табл. 14. При принятой ширине (диаметре) выработки 4 м в свету толщина крепи составляла 200, 300 и 360 мм, а пено­ пласта — 100 и 200 мм. В процессе эксперимента отрабо­ тана 41 модель арок с прямыми стенками и 36 моделей крепей кольцевой формы.

Анализируя результаты экспериментов, следует учи­ тывать, что несущая способность крепи q определялась по появлению первых трещин в конструкции, а зависи­ мости, полученные после обработки этих результатов, пригодны для расчета двухслойной крепи по первому предельному состоянию. Определенное в экспериментах значение q не означает, что несущая способность крепи исчерпалась. Испытания показали, что после появления первых трещин в местах максимальных изгибающих моментов крепь продолжает нести увеличивающуюся нагрузку, иногда в 1,5—2,0 раза превышающую q. Окон-

62

тальных смещений, толщины пенопласта) на работоспо­ собность крепи. Кроме того, с помощью множественно­ го корреляционного анализа разработана упрощенная методика расчета несущей способности крепи в зависи­ мости от упомянутых факторов.

Так, для расчета арочной крепи рекомендована зави­ симость

для расчета крепи кольцевой формы •—

Следует иметь в виду, что эмпирические зависимо­ сти (16) и (17) пригодны для расчетов крепи в преде-

Ь

лах 7?б=80—300 кГ/см2; —=0,1—0,25; /г=0—0,5 для арочных крепей и k=0—0,75 для кольцевых.

64

Анализ результатов проведенных исследований двух­

факторов на 14—50%. Замкнутая, бесшарнирная систе­ ма, естественно, несет большую нагрузку, чем арка, име­ ющая шарниры-опоры. Это говорит о необходимости тщательной заделки фундамента опор арки при крепле­

ясняется тем, что при увеличении горизонтальных сме­ щений растет момент, противодействующий основному изгибающему моменту от вертикальной нагрузки. Сте­ пень влияния k уменьшается по мере его роста в коль­ цевой крепи по сравнению с арочной, так как при вер­ тикальной нагрузке кольцевая крепь, деформируясь, вос­ принимает боковой отпор податливого слоя. В арке с прямыми стенками при вертикальной нагрузке эффект бокового отпора меньший.

3. Эффект от увеличения толщины крепи в большей мере сказывается в кольцевой конструкции, чем в ароч­

влияет прочность ее материала; с увеличением прочно­

внутрь выработки, образуется в своде крепи в зоне дей­ ствия преобладающей нагрузки. Одновременно появля­ ются две трещины, раскрытые к внешней стороне выра­ ботки, примерно в районе пяты свода. Это объясняется тем, что вертикальные нагрузки на крепь создают сжи­ мающие напряжения в прямых стенках конструкции. Сжимающие напряжения до &=0,5 компенсируют растя­ гивающие напряжения, возникающие на прямых участ­ ках крепи вследствие горизонтальных смещений. Отсю­ да следует вывод, что применение крепей в виде подко­ вы взамен конструкции с прямыми стенками для двух­ слойной крепи не всегда оправдано.

6.Толщина податливого слоя не сказывается на не­ сущей способности крепи до появления первых трещиншарниров в конструкции. Излишняя толщина податли­ вого слоя в дальнейшем может привести к выполаживанию треснувших элементов крепи и потере ее устойчи­ вости. В пределах проведенных исследований при тол­ щине пенопласта 100—200 мм ее влияние на несущую способность крепи после первого предельного состояния несущественно. Толщину пенопласта (податливого слоя) следует принимать переменной по параметру выработки, пропорционально ожидаемым смещениям.

7.После образования первых трещин крепь продол­ жает нести нагрузку, в 1,6—2 раза превышающую пре­ дельную.

Технология возведения и промышленные испытания крепи

Выбор технологической схемы возведения двухслой­ ной крепи зависит от способа проходки выработки, сте­ пени устойчивости вмещающих пород и имеющегося обо­ рудования.

Податливый слой из карбамидного пенопласта мож­ но возводить набрызгом и подачей за опалубку. Безопа­ лубочное нанесение пенопласта на контур выработки бо­ лее перспективно, так как имеет неоспоримые преиму­ щества в организации работ. Когда же кровля выработ­ ки склонна к обрушениям, может возникнуть необходи­ мость в возведении податливого слоя за несущей опа­ лубкой, которая должна выполнять функции временной крепи на период твердения пенопласта или до момента возведения бетонной конструкции.

Для решения ряда технологических проблем, связан­ ных с применением двухслойной крепи, желательно использовать податливый слой в качестве временной конструкции. В этом случае пенопласт должен обладать достаточно высокой прочностью и адгезией. Чтобы

66

Ниже приводятся основные положения некоторых ва­

I I I схема — укладка пеноматериала с помощью опа­ лубки, а затем на расстоянии 30—50 м от забоя за эту опалубку, предварительно переставленную согласно про­ ектным размерам выработки, укладывают бетон.

При комбайновой проходке в достаточно вязких по­ родах, не склонных к обрушениям или допускающих не­ большие по площади и толщине вывалы, можно прини­ мать I схему. По мере продвижения комбайна набрыз­ гивают пенопласт на обнаженную поверхность выработ­ ки на проектную толщину. В дальнейшем с отставанием возводят постоянную бетонную оболочку. В этом случае создаются условия для полной механизации процесса крепления. При выполнении работ по такой схеме необ­ ходимо бетон набрызгивать на пенопласт «зрелого воз­ раста», т. е. материал податливого слоя должен обла­ дать достаточной прочностью, чтобы противостоять смя­ тию частицами бетонной смеси при набрызге. Как пока­ зали стендовые испытания и эксперименты по набрызгу бетона на карбамидный пенопласт на шахте «Новокон­ дратьевская» треста «Горловскуглестрой», величина смя­

При буровзрывном способе проходки двухслойную крепь можно возводить по I схеме. В этом случае пено­ пласт набрызгивают на свободную от взорванной поро­ ды часть кровли сразу же после взрывных работ и при­ ведения забоя в безопасное состояние. Покрывают пе­ нопластом обнаженную поверхность стен по мере убор­ ки породы или после ее окончания. При большой пора­ жаемое™ покрытия из пенопласта взрывными работами можно наносить его в два приема. В начале тонким упрочненным слоем для изоляции и повышения устойчи­ вости обнажения, а после удаления забоя на некоторое

68

расстояние на проектную толщину. Если набрызгивать пенопласт в один прием, то перед бетонированием надо ремонтировать деформированные взрывными работами участки покрытия.

Необходимо отметить, что при буровзрывном способе проходки возведение крепи по I схеме связано с проб­ лемой оконтуривания выработки, поэтому область при­ менения I схемы в чистом виде, т. е. без дополнительных мер по увеличению устойчивости выработки, ограничена.

Организация работ по I и I I технологическим схемам аналогична (кроме процесса бетонирования, которое при I I схеме выполняется с помощью опалубки). Примене­ ние опалубки несколько усложняет технологический про­ цесс, но дает возможность получить гладкий и правиль­ ный внутренний контур закрепленной выработки, что яв­ ляется преимуществом при ее эксплуатации.

должна быть предусмотрена возможность сравнительно 'легкого и быстрого изменения размеров поперечного се­ чения. Примером может служить опалубка ОГВ-1, раз­ работанная ЦНИИподземмашем.

Технология возведения двухслойной крепи, разрабо­ танная ДонУГИ, предусматривает использование анкер­ ной опалубки, применявшейся при строительстве шахты «Игнатьевская» комбината «Донецкуголь» [38]. Ис­ пользование этой опалубки возможно при различных вариантах, разнящихся между собой очередностью тех­ нологических операций и конструктивных решений.

На рис. 10 представлена технологическая схема орга­ низации работ при возведении двухслойной крепи, при­ мененная в комбинате «Днепрошахтострой». По оконча­ нии взрывных работ и приведения забоя в безопасное

вают доски. Возведенное таким образом перекрытие од­

69

Рис. 10. Технологическая схема возведения двухслойной крепи:

1 — анкерная крепь-опалубка; 2 — компенсирующие трубки; 3 —

пенопласт

После отхода забоя на требуемое расстояние гайки анкерных болтов снимают, перекрытие опускают, под верхняки кружал подводят стойки, на них укладывают доски, а затем бетон за опалубку. Зазор между внешней поверхностью перекрытия и внутренней пенопласта дол­ жен равняться проектной толщине бетонной крепи.

Если прочность затвердевшего пенопласта недоста­ точна и опускание опалубки может вызвать обрушение кровли, то при установке анкеров необходимо преду­ смотреть возможность опускания перекрытия без ослаб­ ления натяжения штанг. Для натяжения анкеров слу­ жат планки из полосы 20X20 см, прилегающие непосред­ ственно к контуру выработки. При этом от планки дол­ жен выступать конец штанги на величину, которая поз­ воляет закрепить опалубку. После опускания опалубки для бетонирования на выступающую часть штанги оде­ вают резиновые втулки или металлические трубки, кото­ рые образуют в бетонной крепи полость. В процессе смещений контура пород выступающая часть анкера

70