30.12.2020

Основные требования к крепи


Оптимальная крепь должна удовлетворять целому ряду геомеханических, технических и экономических требований:

- режим работы и ее параметры соответствовать горно-геологическим условиям и характеру геомеханических процессов, протекающих в горном массиве;

- обеспечивать требуемое сечение выработки на протяжении всего срока службы;

- не мешать технологическим процессам - при проведении и эксплуатации выработки;

- требовать минимального увеличения сечения выработки для своего размещения;

- оказывать как можно меньшее сопротивление движению воздуха;

- иметь высокий уровень механизации возведения; требовать минимальных капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

По характеру взаимодействия крепи с массивом можно выделить следующие типы крепи:

- изолирующие крепи, предохраняющие породы приконтурной зоны от выветривания;

- ограждающие крепи, предохраняющие выработку от локальных обрушений пород;

- упрочняющие крепи, повышающие прочность и устойчивость вмещающих пород;

- подпорные крепи, обеспечивающие значительное сопротивление (отпор) смещающимся в выработку породам;

- комбинированные крепи, выполняющие одновременно несколько из указанных выше функций.

Изолирующие и ограждающие крепи применяются в условиях устойчивых вмещающих пород, и поэтому требования, которые к ним предъявляются, определяются в первую очередь эстетическими и технологическими соображениями.

Упрочняющие крепи, весьма разнообразны по конструктивному исполнению и имеют широкий диапазон условий применения. Так анкерные крепи, стягивая отдельные слои и блоки пород, образуют несущие породные конструкции. При нагнетании скрепляющих растворов в прнконтурный трещиноватый массив образуется мощная породобетонная оболочка, которая может выполнять функции крепи. Эффектом упрочнения обладают и набрызгбетонные крепи.

Одним из несущих элементов изолирующих и упрочняющих крепей является сам породный массив.

Наиболее широкое распространение на практике получили подпорные крепи, реактивный отпор которых создается за счет опирания конструкции на породный массив. По принципу работы и соответствующему конструктивному решению они делятся на имеющие конструктивную податливость и не имеющие ее (обычно такие крепи называют «жесткими»), шарнирные и комбинированные.

Традиционное деление крепей на жесткие и податливые не означает, что первые могут предотвратить смещения контура, а вторые позволяют им реализоваться вследствие податливости.

Жесткие крепи применяются в условиях небольших смещений, которые реализуются за счет смятия тампонажного или забутовочного слоя и собственной деформируемости конструкции. Предотвратить или существенно повлиять на смещения пород обычная подпорная крепь не в состоянии.

Для расширения области применения жестких крепей используют технологическую податливость, устанавливая крепь или включая ее в работу в жестком режиме на определенном расстоянии от проходческого забоя, когда часть смещений уже реализовалась.

Из сказанного, естественно, не следует, что во всех случаях в горных выработках нужно применять податливые крепи, которые более сложны по конструкции, чем жесткие. При выборе целесообразного режима работы, типа и конструкции крепи следует руководствоваться технико-экономическими соображениями и учитывать, что в одинаковых горно-геологических условиях податливая крепь испытывает меньшие нагрузки, чем жесткая.

Работоспособность крепи любой конструкции в условиях взаимодействия с горным массивом определяется ее механической характеристикой, которая представляет собой зависимость реакции крепи от перемещения ее контура. Конечно, можно говорить только об идеальной механической характеристике крепи, которая получается путем усреднения результатов испытаний конструкций на стенде (или теоретических расчетов) при строго определенном (оптимальном) режиме загружения (эпюра активных и реактивных нагрузок и скорость их приложения). На рис. 1.12 представлены идеализированные механические, характеристики различных типов крепей. Работая в реальных условиях, крепь будет иметь характеристику, отличную, от идеальной, поэтому основная задача при выборе условий применения крепи и ее возведении заключается в обеспечении режима: ее работы, близкого к оптимальному.

Существенное значение для работоспособности крепи имеет ее форма, особенно для выработок, расположенных в сложных горно-геологических условиях. Сводчатая крепь с прямыми стенками в слабых породах или на больших глубинах часто деформируется, так как прямые стенки не могут противостоять большим смещениям боковых пород. Такая конструкция удовлетворительно работает в условиях с преобладающими вертикальными: нагрузками. Форма верхнего свода крепи должна иметь достаточную кривизну. Практика показывает, что чаще всего деформируется крепь с пологим сводом, который при больших сечениях выработок практически представляет собой плоское перекрытие и поэтому не может воспринимать значительные нагрузки со стороны кровли. В условиях всестороннего горного давления предпочтительной является кольцевая или близкая к ней форма крепи.

Одним из требований, обеспечивающих нормальную работу сборных крепей, является тщательная забутовка или тампонирование закрепного пространства. Забутовка может выполнять различные функции. В одних случаях она является элементом податливости и должна обладать достаточной сжимаемостью, в других (блочные, шарнирные крепи) — обеспечивать достаточно высокий коэффициент постели, чтобы крепь не потеряла устойчивость и работала в условиях упругого отпора.

Важным условием совершенствования и повышения техникоэкономических показателей любой конструкции крепи является решение вопросов унификации и типизации. При разработке сборных крепей надо стремиться к уменьшению числа типоразмеров элементов, унификации и взаимозаменяемости узлов и деталей. Это позволит применить для их изготовления более прогрессивную технологию, улучшить качество изделий и поставить производство крепи на индустриальную основу.

Уменьшение числа типоразмеров бетонных и металлобетонных крепей позволяет создать конструкции унифицированных передвижных опалубок, обеспечить укладку бетонной смеси с помощью бетоноукладчиков и, таким образом, механизировать процесс крепления выработок.

Существующее разнообразие типов и конструкций крепей, с одной стороны, затрудняет их выбор, а с другой — позволяет производить его дифференцированно для конкретной выработки или даже отдельных ее участков в зависимости от горно-геологических условий.

Основным требованием при выборе типа и режима работы крепи является ее соответствие характеру и количественным показателям проявлений горного давления, обеспечение устойчивости выработок.

Большой диапазон величин смещений породного контура требует при выборе крепи детального анализа и оценки горногеологических условий, в которых будет работать конструкция. В слабых породах, склонных к большим смещениям, крепь должна обладать повышенной конструктивной податливостью и достаточно высоким сопротивлением. В прочных, устойчивых породах могут применяться легкие оградительные, крепи. В условиях небольших смещений могут применяться крепи, в конструкциях которых не предусмотрены специальные элементы податливости, а реализация смещений, окружающих пород осуществляется за счет неизбежных зазоров между крепью и породным обнажением или специальных технологических мероприятий.

На основании анализа опыта крепления выработок, результатов шахтных инструментальных наблюдений за проявлениями горного давления в выработках, пройденных буровзрывным и комбайновым способами, а также оценки механических. характеристик крепей различных конструкций, разработаны общие рекомендации по выбору типа традиционной, крепи в зависимости от горно-геологических условий (табл. 1.1).

Дальнейший прогресс и кардинальное улучшение техникоэкономических показателей в креплении горных выработок требуют новых, нетрадиционных конструктивно-технологических решений. При этом новые разработки должны базироваться на следующих принципиальных положениях:

- в условиях устойчивых пород необходимо стремиться к сохранению и максимальному использованию несущей способности горного массива;

- в сложных горно-геологических условиях должна формироваться система «крепь — массив» с контролируемыми и управляемыми параметрами;

- увеличение несущей способности крепей не может существенным образом повлиять на геомеханическую ситуацию вокруг выработки;

- создание ресурсосберегающей технологии крепления выработок должно идти по пути максимального вовлечения в работу породного массива путем его разгрузки или упрочнения.





Яндекс.Метрика