книги из ГПНТБ / Кравченко Г.И. Облегченные крепи вертикальных выработок

первом случае оно носило струйчатый характер, а во втором — сплошной завесы.

ского завода), поверхности с интенсивностью обводнения до 5 л/.мин-м можно крепить при отводе воды на 25—30 мин. Применение фтористого натрия предпочти-

Рис. 47. График зависимости степени разрушения набрызгботома от времени действия водоотвода при использовании совместных ускорителен схватывания (5% от веса портландцемента марки 500): СаС12 и CaS04 (а) и FeCl3 и СаС12 (б) при интенсивности обводнения, л/мин • м:

I — 0,5; 2 — 2; 3 — 7

тельнее, поскольку раствор спека требует особого при­ готовления, наличия герметического бачка, а также часто засоряет отверстия в распределительной втулке сопла.

На обводненные поверхности удается нанести набрызгбетон и без добавок — ускорителей твердения и с добавками. Материал частично смывается в процессе нанесения. Но в первом случае по окончании крепления беспрерывно вымывается цемент, осыпаются щебень и песок, вода, попадая между стенкой и слоем набрызгбетона, вызывает его интенсивное обрушение, а во-вто- ром — через 7—8 мин при жирных и 4—5 мин при тощих составах, видимо, с началом схватывания вымы­ вание цемента прекращается.

Результаты крепления обводненных поверхностей с применением ускорителей схватывания приведены в табл. 14.

100

Т а б л и ц а 14

Поверхность набрызгбетона (рис. 48), не подвергае­ мого и подвергаемого размыву при нанесении, различна: в первом случае она сравнительно ровная, во-втором имеет следы многочисленных нарушений (подмытые и торчащие кусочки щебня, углубления от выпавшего за­ полнителя, следы концентрированных потоков воды). Несомненно, верхние слои (на глубину 1—2 см) такого набрызгбетона ослаблены. Чтобы это не сказывалось на общей прочности покрытия, необходимо в таких случаях принимать его толщину с соответствующим запасом.

При использовании совместной добавки ускорителей твердения СаСЬ и FeCl3 по 5—7% возможно крепление

2 л/мин-м крепление набрызгбетоном неэффективно даже при использовании наиболее эффективных ускори­ телей твердения. В этом случае необходимо применение временного водоотвода.

Результаты изучения эффективности фтористого нат­ рия и раствора спека представлены в табл. 15, из которой видно, что эти добавки вполне пригодны для закрепления поверхностей с интенсивностью обводнения до 4—5 л/мин -м.

Рассмотрим результаты опытов по креплению поверх­ ностей, фильтрующих воду (интенсивность фильтрации

101

П р и м е ч а н и е . Толщина наносимого иабрызгбетона 4—8 смСодержание добавок-ускорителей в смеси: фтористого натрия 3%; раствора спека 4% от веса цемента.

воды в баке. Добавка — фтористый натрий. Состав сухой смеси Ц : П : Ш = 1 : 1 : 1 по объему (1 : 1,47 : 1,24 по весу). Результаты опытов приведены в табл. 16.

Успешное закрепление фильтрующей поверхности при использовании фтористого натрия и • шлакопортландцемента возможно лишь при интенсивности точечной без­ напорной фильтрации не свыше 2,8 л/ч.

В последние годы ведутся работы по созданию быстросхватывающегося безусадочного цемента (ББЦ) для безопалубочмого бетонирования, получаемого после

103

Т а б л и ц а 16

совместного помола портландцементного клинкера, гли­ ноземистого компонента, гипса и активной минеральной добавки [60].

§ 8. Долговечность крепи

Крепь вертикальной выработки подвергается воздей­ ствию горного давления, шахтных вод, рудничной ат­ мосферы, взрывных работ и т. д. Длительная надежная работа материала и конструкции в таких условиях сви­ детельствует о их долговечности. Отсюда долговеч­ ность — обобщающее понятие, уточняемое частными при­ знаками качества материала (марки по прочности при сжатии и растяжении, по водонепроницаемости и т. д.).

Отдельные положения, касающиеся обеспечения дол­ говечности материала крепи (например, выбор вида цемента и заполнителя при различных агрессивных воз­ действиях), одинаковы для бетона и иабрызгбетона и подробно освещены в работах [59, 96, 97]. Ниже даются краткие сведения о влиянии технологии крепления набрызгбетоном на отдельные характеристики его свойств с позиции долговечности. '

Долговременная прочность иабрызгбетона зависит от вида и количества ускорителя твердения. Его при­ нимают таким, чтобы набрызгбетон не разрушался при нанесении его слоем 5—7 см под воздействием струи и

104

под влиянием собственного веса. На графике (рис. 49) представлена зависимость прочности цементного камня в 28-дневном возрасте от содержания добавок-ускори­ телей для портландцементов марок 300, 400, 500 (за 100% принята прочность камня без ускорителя тверде-

Рис. 49. Влияние добавок-ускорителей тверде­ ния на прочность камня из портландцемента ма­

иия [41, 43]). На 15—17% уменьшается конечная проч­ ность набрызгбетона и при использовании в качестве добавки фтористого натрия [26]. Снижение прочности набрызгбетона объясняется в основном тем, что на ча­ стицах цемента при обменных реакциях химических добавок с Са(ОН)2, отщепляющейся при гидролизе элита, образуются пленки, затрудняющие доступ воды к частицам цемента и замедляющие их реакцию [97].

105

Влияние добавок на конечную прочность Необходимо проверять в каждом конкретном случае, так как они действуют неодинаково на цементы различного химиче­ ского и минералогического состава.

В работе [71] влияние некоторых добавок на проч­ ность набрызгбетона рекомендуется учитывать с по­ мощью табл. 17. Повышенное содержание добавок

Т а б л и ц а 17

допустимо, если обеспечивается возможность закрепле­ ния обводненных поверхностей и прочность образцов относительно контрольных снижается не более чем на 10—15%, что можно компенсировать повышенной тол­ щиной крепи.

Химическая стойкость набрызгбетона также зависит от вида и минералогического состава добавки и це­ мента [59, 71]. При использовании добавки ОЭС, напри­ мер, сульфатостойкость набрызгбетона заметно сни­ жается, так как в ее составе имеется до 70% алюмината

натрия, при участии которого в присутствии ионов SO“

и гидроокиси кальция образуется гидросульфоалюминат кальция, разрушающий бетон. При использовании до­ бавки ОЭС с повышенным содержанием феррита натрия, а также других железосодержащих солей, например хлорного железа, сульфатостойкость бетона увеличи­ вается. Это объясняется возрастающей плотностью бе­ тона в связи с интенсивным ..образованием в. цементном тесте комплексных гидрохлоралюминатов, способных значительно увеличиваться в объеме и при этом запол­ нять микропоры структурной решетки.

Добавка НКА в меньшей степени снижает сульфато­ стойкость бетона, поскольку содержит меньше алюми­

106

ната натрия, чем добавка ОЭС. Кроме того, щелочи, имеющиеся в добавке НКА, препятствуют образованию гидросульфоалюмината кальция. Поэтому, хотя коли­ чество алюминатных ионов велико, процесс коррозии замедляется.

пуццолановые сульфатостойкие портлаидцементы, в ко­ торых содержание трехкальциевого алюмината ограни­ чено стандартом.

По водонепроницаемости набрызгбетон 'более прием­ лемый по сравнению с бетоном материал, хотя его поры

Кроме того, имеются существенные отличия в структуре бетона и набрызгбетона: в бетоне по контакту запол­ нителя с цементным камнем встречаются трещины тол­ щиной до 10 мк, иногда до 30—35 мк, в набрызгбетоне эти контакты плотнее, трещины отсутствуют [4, 71, 97]. Затем в начальной стадии нанесения смеси образуется плотная цементная пленка. Этим и объясняется высокая водонепроницаемость бетона: исследованиями, выполнен­ ными в ВостНИГРИ, установлено, что набрызгбетон во­ донепроницаем при давлении 10 кгс/см2 и более.

При использовании добавок-ускорителей, содержа­ щих алюминаты, водонепроницаемость набрызгбетона повышается, что объясняют их взаимодействием с Са(ОН)2, выделяющейся при гидратации цемента, при которой образуются тонкодисперсные продукты, закупо­ ривающие поры и уменьшающие сечение фильтрующих капилляров (табл. 18).

При сооружении стволов возможны случаи, когда выбором вяжущего и созданием плотного набрызгбетона

107

обеспечена. В таких случаях необходимо изолировать пабрызгбетон от воздействия агрессивной среды. Это может быть обеспечено предварительной и последующей цементацией пород вокруг выработки, битумизацией, водопонижением. Целесообразность применения этих ме­ роприятий или проведения ремонта выработки должна обосновываться экономически. Следует отметить, что повышенной стойкостью набрызгбетона к воздействию агрессивных вод и удобством выполнения работ по возведению крепи объясняется все более частое его применение для ремонтных работ в вертикальных вы­ работках.

Результаты испытаний прочностных и упругих свойств набрызгбетона, а также сведения о других его показа­ телях [4, 7, 22, 57] свидетельствуют, что при современ­ ной технологии приготовления набрызгбетонной смеси и возведения крепи можно получить довольно однород­ ный с малым разбросом пределов прочности и упруго­ сти (коэффициент вариации 10—18%) материал. При­ веденные в главе III данные о набрызгбетоне позволяют обоснованно применять при разработке схем расчета набрызгбетонной крепи отдельные положения и допуще­ ния, используемые при расчетах обычной бетонной крепи.

Более высокие прочность, плотность и сцепление с породами набрызгбетона по сравнению с монолитным бетоном того же состава обусловливают значительную несущую способность набрызгбетонной крепи толщиной 5—10 см взамен монолитной бетонной [15, 57]

При использовании бетона высоких марок в принципе также возможно уменьшить толщину крепи, хотя по условиям возведения бетонной крепи в вертикальных выработках минимально возможная ее толщина 15— 20 см. Помимо трудностей с получением ровного контура и установкой опалубки при ее высоте 2—4 м во избе­ жание образования раковин и пустот необходимо при­ менение пластичного бетона, что снижает его прочность. Пабрызгбетон не имеет подобных ограничений, его мож­ но возводить слоем любой толщины.

Все изложенное характеризует пабрызгбетон как материал, пригодный для крепления таких ответственных сооружений, как стволы и другие вертикальные выра­ ботки.

108

Глава IV

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ОБЛЕГЧЕННЫХ КРЕПЕЙ

вокруг выработок. Ниже приведены количественные дан­ ные о факторах, определяющих работоспособность си­ стемы крепь—порода и качественно охарактеризован­ ных выше (см. § 3 главы I).

Используемую в расчетах допускаемую прочность по­ род при сжатии |егСж] Для конкретных условий следует определять из выражения

где Ос® — предел прочности при одноосном сжатии; /ее=

циент размягчаемости — отношение пределов прочности пород после и до водонасыщения. Значения /гс, /ер, % определяются экспериментально. В табл. 19 приведены приближенные значения /гс по данным ВНИМИ Г12].

* Я ,—радиус ствола.

№ 9