Горные машины

горном давлении. Элементы трапециевидных рам изготовляют из двутавровых балок обычного и широкополочного профиля, швеллерных балок, из бывших в употреблении железнодорожных и рудничных рельсов, а также из труб. Нижние концы стоек неполных рам при крепких породах устанавливают в лунки глубиной 5…15 см и опирают на породу при помощи прямоугольной металлической плитки, приваренной к концу стойки (рис. 62, а, б). При значительных давлениях для придания податливости крепи стойки опирают на деревянный прогон (рис. 62, б). В мягких породах стойки опирают на лежень (рис. 62, в). Лежни могут быть железобетонные, металлические, деревянные. При большом боковом давлении применяют крепь бочкообразной формы (рис. 62, г).

Элементы крепежных рам соединяют с помощью специальных башмаков, скоб, болтов, стяжек.

Достоинство трапециевидной металлической крепи – простота изго-

товления и установки, недостатки – отсутствие податливости и меньшая несущая способность элементов крепи, чем в арочных конструкциях.

При высоком давлении со стороны кровли возможно усиление верхняка одним или двумя продольными подхватами на стойках.

Арочная крепь выполняется в виде жестких, шарнирных, податливых или шарнирно-податливых конструкций (рис. 62, д, е). Наиболее распространена арочная податливая трехзвенная крепь АП-3 из спецпрофиля типа СВП (рис. 63, а) с по датливостью до 300 мм, состоящая из отдельных арок, устанавливаемых в выработках на расстоянии 0,5…1,25 м одна от другой, межрамных распорок и железобетонных, деревянных или металлических решетчатых затяжек. Арка крепи состоит из верхняка 1 и двух стоек 2, скрепляемых между собой скобами 4 с планками 5 и гайками 6. Арки соединены друг с другом с помощью трех межрамных распорок 3.

Податливость крепи обусловливается скольжением элементов в узлах их сопряжения после того, как внешняя нагрузка превзойдет силы трения и достигнет по вертикали 300…350 мм, благодаря чему во многих случаях удается предотвратить разрушение крепи и поддержать выработки без перекрепления в течение длительного или всего срока службы.

Арочная податливая крепь из пяти элементов АКП-5 обладает податливостью до 700 мм (рис. 63, б). Элементы крепи изготовляются из спецпрофиля СВП-17, 19, 22, 27 (цифры указывают массу 1 м спецпрофиля).

Арки обычно состоят из верхнего сегмента и двух боковых элементов (стоек), соединенных внахлестку и стянутых двумя (четырьмя) хомутами.

Кроме того, применяются арочные крепи несимметричной формы ПАК-2, изготовляемые из спецпрофиля СВП-17, СВП-19 с податливостью до 500 мм; крепи направленной податливости из СВП-22, СВП-27, рассчитанные на смещение пород висячего бока до 1300 мм.

181

Рис. 63. Арочная податливая крепь из спецпрофиля

182

Кольцевую крепь применяют в условиях всестороннего горного давления. Ее конструкция может быть жесткой, шарнирной, податливой и шарнирно-податливой.

Каменную и бетонную крепи применяют в вырабоках с большим сроком службы при значительном давлении.

Вразведочной практике находит применение бетонная крепь при креплении устьев и отдельных участков выработок. Бетон и каменная кладка слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим нагрузкам, поэтому крепям из этих материалов придают сводчатую (при вертикальном и горном давлении), подковообразную (давление сверху и с боков), кольцевую и другие формы.

Фундамент каменной и бетонной крепи заглубляют в почву выработки на 50…100 см.

Разновидностью бетонной крепи является набрызгбетонная крепь, отличающаяся составом бетонной смеси и безопалубочным способом возведения. Ее наносят на открытые поверхности пород в выработке с помощью пневмонагнетательной машины (набрызгмашины), загружаемой сухой бетонной смесью (цемент марки не ниже 400), которая под давлением сжатого воздуха 0,15…0,20 МПа подается по резиновому шлангу к соплу, где смачивается водой, поступающей по другому шлангу. Толщина покрытия 3…7 см и может достигать 15…20 см.

Бетонная смесь должна быть быстротвердеющей. Опыт применения набрызгбетонной крепи свидетельствует о ее высокой эффективности в породах крепких и средней крепости, если они не испытывают значительных деформаций. Эта крепь дает возможность полной механизации

еевозведения. Она может эффективно использоваться в сочетании с другими видами крепи (анкерной, рамной и др.) на участках выработок со сложными условиями. Поэтому набрызгбетонная крепь является весьма перспективной. Расход бетона и трудоемкость крепления 1 м выработки снижаются по сравнению с обычной бетонной крепью в 3–4 раза.

Анкерная крепь представляет собой систему закрепленных в шпурах штанг, расположенных в определенном порядке. Замок анкера прочно закрепляется в породах, окружающих выработку. Благодаря поддерживающим элементам (подхватам, опорным плиткам) породы кровли (стенок, почвы) как бы «сшиваются», из-за чего происходит упрочнение массива пород и повышение устойчивости его обнажений.

Вслоистых породах большой мощности анкерами скрепляют (сшивают) отдельные слои пород в одно целое (рис. 64, б) или прикрепляют (подшивают) к устойчивой основной кровле (рис. 64, а). В неслоистых монолитных породах большой мощности анкеры располагают в виде расходящихся лучей, в результате чего образуются сжатые породные клинья, которые не могутобрушатьсяввыработкуиз-заихсамозаклинивания(рис. 64, г).

183

Внастоящее время применяют металлические, железобетонные, деревянные и сталеполимерные анкеры.

Металлические анкеры состоят из круглого стержня, на одном конце которого (контурном) имеется резьба и гайка (или болтовая головка),

ана другом – замок, с помощью которого анкер закрепляется в скважине. Конструкций замков известно много. Их изготовляют из металла и разделяют на клинощелевые, распорные, взрывораспорные и винтовые.

Анкер с клинощелевым замком (клинощелевой анкер) изготовляется из круглой стали диаметром 22…25 мм (рис. 65, а). В замковой части стержня по диаметру образуют щель шириной 2…3 мм и длиной 150…200 мм, в которую при установке штанги вводят клин длиной 120…180 мм и толщиной 25…35 мм. Щелевой конец анкера (усы 3) и клин 2 составляют замок. Анкер при установке вводят в скважину замковой частью со вставленным в устье щели 4 клином. При ударах по выступающему из скважины концу штанга надвигается на клин, при этом усы внедряются в породу стенок скважины и закрепляются в ней. Диаметр скважины рекомендуется принимать не более чем на 12…15 мм больше диаметра штанги в замковой части. После закрепления анкера на ее контурный конец 7, выступающий в выработку, надевают опорную плитку 5 или подхват и шайбу, а затем завинчивают гайку 6.

Впородах средней крепости с f 4…8 несущая способность замка при глубине внедрения усов в породу 3…5 мм достигает 100…120 кН. В слабых породах (f = 4) клинощелевые анкеры применять не следует вследствие низкой в этом случае несущей способности замка. В крепких породах (f ≥ 12) трудно обеспечить надлежащее расклинивание замка, поэтому клинощелевые анкеры в таких породах применяют редко. Их достоинства – достаточно высокая несущая способность в породах с f = 4…12, простота конструкции и установки, относительнонебольшаястоимость.

Анкеры с распорным замком (рис. 65, в, г) выполняют из круглой стали диаметром 16…22 мм с конусной 8 или клиновой головкой 10 и

называют распорно-конусными и распорно-клиновыми. Замок в шпуре закрепляют с помощью гильзы 9 или клиновидных сегментов, которые распираются головкой анкера при ее натяжении. Головки выполняют съемными – на резьбе (сборный анкер) или из стержня (цельный анкер). Наружный диаметр гильзы или распорных сегментов при диаметре шпура 42…44 мм принимают равным 38…40 мм, а высоту – 80…140 мм, вследствие чего достигается значительно большая площадь контакта замка с породой, чем в клинощелевых анкерах. Они обладают большей несущей способностью. Большинство конструкций распорных замков допускает извлечение анкеров для повторного использования.

185

Анкер с взрывораспорным замком (рис. 65, д, е) конструкции ЛГИ со-

стоит из круглого стержня диаметром 20…25 мм и пустотелой цилиндрической головки диаметром 38…40 мм, соединенной со стержнем с помощью резьбы. Замок в скважине закрепляется в результате раздутия головки при взрыве небольшого заряда (20…40 г) низкобризантного ВВ, помещенного в нее. Такие замки особенно хорошо закрепляются в мягких глинистых породах, в которых другие конструкции анкеров имеют низкую несущую способность. Хорошо закрепляются онии вкрепких породах. Приустановке анкеров в слабых породах, в частности для борьбы с пучением, целесообразно применять взрывораспорные трубчатые анкеры, раздутие которых выполняется по всей длине. После раздутия внутрь трубы может быть введен це- ментно-песчаныйраствордляповышениядолговечностиинадежности.

Имеются и другие конструкции металлических анкеров. Главной особенностью металлических анкеров является их способность воспринимать расчетную нагрузку сразу же после установки.

Железобетонный анкер представляет собой арматурный стержень, закрепленный в шпуре бетоном только в замковой части или по всей длине (рис. 65, ж–и).

Первый вид анкера называют замковым, второй – сплошным. Конец арматуры обычно выступает в выработку и служит для закрепления на нем опорной плитки или подхвата. Диаметр шпура принимают равным 36…42 мм. В качестве стержней используют арматуру периодического профиля или гладкую диаметром 16…22 мм. Применяют арматуру и других видов.

Достоинства железобетонных анкеров – прочный контакт с породой по всей длине анкера, хорошее сопротивление сдвижению, расслоению, выветриванию пород в стенках шпура, долговечность. Недостатки – невозможность восприятия нагрузки сразу после установки, сложность контроля качественного заполнения шпура бетоном, значительный объем подготовительных работ по изготовлению бетона.

Сталеполимерный анкер, подобно железобетонному, может быть замковым или сплошным. Стальной арматурный стержень закрепляют в шпуре быстротвердеющим полимербетоном, состоящим из синтетической смолы, отвердителя, мелкого заполнителя (песок, гранулированный шлак), а при необходимости – катализатора твердения, пластификатора и других добавок. Твердение полимербетона должно наступать через 2…5 мин после перемешивания его компонентов.

Для их подачи в скважину применяют стеклянные, полиэтиленовые или комбинированные ампулы длиной 0,3…0,5 м с двумя-тремя отделениями для раздельного размещения в них смолы и отвердителя, а иногда и катализатора. Заполнитель вводится в смолу, отвердитель или в

187

оба компонента. Обычно применяют полимербетоны на основе эпоксидных и полиэфирных смол.

Деревянный анкер (рис. 65, к) представляет собой круглый стержень диаметром 40…60 мм, на обоих концах которого устраивают замки клинощелевого типа. Щель на конце, вставляемом в шпур, длиной 400…450 мм, на противоположном – 200…250 мм. Стержни изготовляют из высококачественной сосны, лиственницы, дуба и т. п. Клинья выполняют из прочных, твердых пород леса – дуба, березы, прессованной древесины. Достоинства у них такие же, как у металлических анкеров. Недостатки – небольшая прочность, подверженность гниению.

Смешанной называют крепь, основные несущие элементы которой выполнены из двух или более видов материала. Металлические верхняки или трехшарнирные арки применяют в сочетании с деревянными стойками при значительномвертикальномдавлении, нонебольшомсрокеслужбы.

Сравнительно широко используют смешанную крепь из трубчатых или прямоугольных пустотелых стоек с металлическим верхняком из двутавровых балок № 16–20 или из спецпрофиля.

Рис. 66. Временная крепь горизонтальных выработок: 1 – выдвижная балка; 2 – деревянный настил; 3 – подвеска; 4 – верхняк; 5 – закладные штыри

188

Комбинированной называют крепь, в которой сочетается анкерная крепь с набрызгбетонной или разными видами подпорных крепей: деревянной, металлической, бетонной и др. Анкерную крепь в зависимости от условий и технологии проведения выработок возводят раньше или после подпорной. Упрочнение массива пород анкерами позволяет уменьшить давление на подпорную крепь и снизить стоимость крепления в 1,5–2 раза.

Временная предохранительная крепь применяется в случаях, когда по условиям проведения выработок пространство между забоем и постоянной крепью во время выполнения производственных процессов у забоя должно быть закреплено (слабые, неустойчивые породы, сильнотрещиноватые породы и пр.).

Временную крепь по характеру работы разделяют на поддерживающую, ограждающую, упрочняющую. Поддерживающая временная крепь применяется в виде одиночных деревянных или металлических стоек, облегченных инвентарных рам, металлических арок из спецпрофиля, опирающихся на закладные металлические штыри (рис. 66, а). Ограждающая временная крепь выполняется в виде выдвижных предохранительных перекрытий (рис. 66, б), подвесных деревянных или металлических верхняков с настилом (рис. 65, в) и в других вариантах.

Упрочняющая временная крепь – анкерная, набрызгбетонная крепь или их сочетание. Целесообразна в тех случаях, когда она входит затем в состав постоянной крепи.

Контрольные вопросы

1.Виды горных крепей по ряду признаков.

2.Древесина – материал для горной крепи.

3.Применение металла для крепления выработок.

4.Крепи с использованием бетона: торкрет-бетон, набрызг-бетон, пластбетон, железобетон.

5.Деревянная крепь горизонтальных горно-разведочных выработок.

6.Анкерная крепь.

7.Временная крепь горизонтальных горных выработок.

189

РАЗДЕЛ V

ПРОВЕДЕНИЕ ГОРНО-РАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

ГЛАВА 16. ВЫБОР ФОРМЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТОК

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Горно-разведочные выработки проводятся для разведки практически всех месторождений полезных ископаемых.

Месторождение полезного ископаемого – природное в виде геологических тел скопление в земной коре, которое по условиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и техники может служить объектом промышленной разработки в настоящее время или в ближайшем будущем.

Площади распространения полезных ископаемых разделяются на провинции, области (пояса, бассейны), районы (узлы), поля, месторождения, тела.

Минеральные агрегаты, представляющие собой полезное ископаемое, залегают в земной коре в виде геологических тел различной формы. Форма, размеры и пространственная ориентировка тел полезных ископаемых среди вмещающих пород определяют их морфологию. Изучение морфологии и условий залегания тел полезных ископаемых имеет большое практическое значение, особенно для разработки рациональных проектов разведки и эксплуатации месторождений.

Для месторождений твердых полезных ископаемых выделяют три основных морфологических типа тел: изометричные (штоки, гнезда, штокверки, рис. 67, а, б, в), пластообразные плоские (рис. 67, г, д, е), трубообразные (столбообразные, рис. 67, ж).

Форма жильных тел весьма разнообразна.

Рудные тела (рис. 68) могут выходить на дневную поверхность или залегать на какой-то глубине («слепые» или скрытые рудные тела).

Залежь может иметь непрерывное залегание или прерывистое. Специфическая особенность разведки рудных месторождений по-

лезных ископаемых (особенно жильных) – большое количество выработок, находящихся одновременно в проходке. Проходка горизонтальных подземных выработок от нескольких до сотен метров.

190