30.12.2020

Сборная бетонная и железобетонная крепь


При интенсивном проявлении горного давления крепь сразу же после установки должна воспринимать нагрузку, не деформируясь. Этим целям в большей степени, чем монолитная, служит сборная крепь. Будучи изготовленной на заводе из высокопрочных материалов, сборная крепь обладает некоторыми преимуществами. Большинство сборных конструкций являются взрывостойкими, в них несложно ввести податливые элементы в виде прокладок требуемой толщины, обеспечивающих работу конструкции в режиме заданной деформации.

Сборные крепи обладающие хорошей деформативностью, благодаря шарнирам-стыкам между элементами, наиболее полно используют упругий отпор пород и целесообразно перераспределяют неравномерные нагрузки. Работоспособность крепи при этом повышается.

Промышленные испытания сборных крепей показали, что панельные конструкции выдерживают нагрузки до 200—300 кН/м2, а крепи из бетонных блоков успешно работают при нагрузках

800—1000 кН/м2.

За последнее время создан ряд крепеукладчиков для возведения сборной крепи, которые позволяют механизировать процесс крепления и защитить крепь от повреждения при ведении взрывных работ. С помощью таких крепеукладчиков можно возводить сборную крепь непосредственно у забоя выработки. Установка временной крепи при этом не требуется.

В сложных горно-геологических условиях сборные крепи должны заменить металлические, по сравнению с которыми они при большей прочности требуют в 3—4 раза меньше металла, на 15—25% дешевле и долговечнее, поскольку в меньшей степени подвергаются коррозии. В конструкциях из бетонных блоков — бетонитов металлическая арматура отсутствует.

Изготовление бетонных и железобетонных элементов сборной крепи в заводских условиях может быть полностью механизировано и выполняться в оптимальном режиме при умеренном расходе цемента. Элементы сборной крепи транспортабельны, и их возведение в выработках механизируется.

Для придания крепи необходимой податливости между сборными элементами укладываются податливые прокладки, которые в процессе работы крепи под нагрузкой сжимаются, сокращая периметр выработки.

Следует иметь в виду, что работа крепи в заданном режиме зависит от деформационных характеристик податливых прокладок, поэтому к ним предъявляются определенные требования.

Так, сопротивление податливости не должно значительно уступать несущей способности крепи, потому что в противном случае эффективность использования ее работоспособности в податливом режиме снизится. Иначе говоря, незачем сооружать крепь с высокой несущей способностью, если податливые элементы все равно не обеспечат ее эксплуатацию на оптимально возможную нагрузку.

Для сборных крепей, где прочность материала, полученная в заводских условиях, в течение всего времени работы крепи изменяется незначительно, необходимые параметры прокладок определяются из условия

где Rпр — предел прочности прокладки при сжатии; k = 0,6 — коэффициент, учитывающий необходимое снижение прочности материала прокладки по сравнению с прочностью материала крепи; Rb — предел прочности материала крепи при сжатии.

Прокладки помимо того, что обеспечивают необходимую податливость крепи, выполняют роль шарниров. Обычно толщина прокладки составляет от 20 до 80 мм, а их число определяется из условии необходимой податливости конструкции.

Отрицательная роль прокладок сказывается в том, что в работе, в процессе деформации, они расползаются и создают в материале крепи растягивающие напряжения. При этом почти в 2 раза снижается предел прочности материала крепи. Установлено, что при толщине деревянной прокладки 20 мм и менее эти растягивающие напряжения не существенны. При толщине больше 20 мм разрушающее действие прокладок может быть устранено, если их помещать между металлическими пластинками, которые воспринимают на себя растягивающие усилия.

При подборе материала прокладок необходимо стремиться к тому, чтобы при сжатии их деформация в поперечном направлении была минимальной и по возможности соответствовала деформации крепи в том же направлении. Тогда не будут создаваться растягивающие напряжения в торцах бетонных блоков и применение рекомендуемых металлических пластинок, необходимых для восприятия этих напряжений, окажется излишним.

В качестве материала податливых прокладок в настоящее время используют дерево, синтетические материалы, обладающие достаточной пластичностью и хорошо поддающиеся обработке, смолы, спрессованные с деревянными опилками, асфальтобетоны и другие материалы. Максимальная относительная деформация, или, как ее иначе называют, коэффициент сжимаемости прокладок для дерева и древесных опилок, спрессованных с пластмассой, примерно равна е=0,6. Для прокладок из полистирола е=1.

В подземном строительстве используются сплошные сборные крепи блочной и тюбинговой конструкции, а также рамные крепи арочной и трапециевидной формы. В условиях пучащей почвы применяются крепи с замкнутым обратным сводом.

В табл. 2.3 приведены технико-экономические характеристика основных сборных крепей в сравнении с металлической и монолитной конструкциями. Известные конструкции крепи разбиты по несущей способности на три группы: первая — 100 кПа, вторая — 300 кПа и третья — 600 кПа.


Анализируя табл. 2.3, следует иметь в виду, что сборная крепь не может конкурировать с металлической податливой в условиях больших смещений породного контура и с учетом: возможного повторного использования конструкции. Монолитная крепь целесообразна в долгосрочных выработках и в случаях, когда в процессе эксплуатации выработки не допускается: изменение сечения ее внутреннего контура.

Процесс возведения сборной крепи хорошо механизируется. Применение сборной крепи упрощает организацию крепления в условиях малоосвоенных строительных площадок и при строительстве подземных сооружений в районах с низкими температурами, где монолитный бетон использовать сложно или невозможно.

Отечественный и зарубежный опыт подземного строительства показывает, что перспективной является сборная крепь из бетонных блоков — бетонитов.

Блоки выполняются в виде радиально-клинчатых или прямоугольных бетонных камней без металлической арматуры.

Блочная сборная крепь, технология ее изготовления и механизация возведения в выработках доведены до типового проекта и рекомендованы для применения в угольной и горнорудной промышленности. Эта крепь обладает высокой устойчивостью и может применяться в сложных горно-геологических условиях при креплении выработок большого сечения глубоких шахт. При толщине блоков 300—400 мм и плотной забутовке закрепного пространства конструкция может нести высокую нагрузку до 800—1000 кН/м2.

Блоки стен и верхнего свода крепи имеют сквозные отверстия, используемые первоначально для возведения крепи крепеукладчиком, а затем для навески труб, кабелей и выполнения тампонажа закрепного пространства. Для погрузки и разгрузки блоков в них предусмотрены монтажные петли. Отсутствие металлической арматуры существенно упрощает, технологию изготовления блоков и снижает их стоимость.

Изготовляют элементы блочных крепей заводским способом из бетона марки 300 и 400 в разборных 10—12-гнездных металлических формах с уплотнением бетонной смеси на виброплощадке и последующей обработкой отформованных изделий в камерах пропаривания. Благодаря унификации размеров блоков, достигнута универсальность формы, позволяющая в одной форме изготавливать блоки всех типоразмеров. При этом требуемая клиновидность блоков обеспечивается изменением наклона бортовых перегородок с помощью специальных замков.

Некоторое развитие в последние годы получает сборная крепь из железобетонных тюбингов, например КТАГ конструкции ВНИИОМШС. Эта крепь способна воспринимать нагрузку до 300 кН/м2, имеет гладкую внутреннюю поверхность, что обеспечивает относительно небольшое аэродинамическое сопротивление при движении вентиляционной струи по выработке, и в достаточной степени поддается механизации при возведении (рис. 2.9).

Аналогичную конструкцию имеют крепь ГКТ, разработанная КузНИИшахтстрой, и панельная крепь, изготовленная в Чехии

Рамные сборные крепи, применяющиеся при креплении подготовительных выработок взамен металлических, состоят полностью из железобетонных элементов или комбинируются с металлическими верхняками. По форме такие крепи бывают арочными или трапециевидными, замкнутыми и без обратного свода. Трапециевидные крепи применяют в выработках с плоским обнажением кровли.

Конструкции крепей из сборного бетона и железобетона, обладая некоторыми достоинствами, имеют ряд недостатков. Так, имея хорошую деформируемость за счет шарниров, крепь требует осуществления весьма качественной забутовки закрепного пространства.. Последнюю из-за особенностей, технологии возведения этого типа крепи обеспечить трудно. В условиях качественной или неплотной забутовки сборные крепи легко теряют устойчивость и становятся неработоспособными.

Рекомендуемый для сборных крепей тампонаж закрепного пространства песчано-цементным раствором, по существу является дополнительной бетонной оболочкой, для которой сама крепь служит опалубкой, и ее преимущества как деформатив-ной, приспособляющейся к неравномерностям горного давления конструкции почти исчезают, а стоимость значительно повышается.

Для каждого сечения выработки необходим свой типоразмер сборного элемента. Это усложняет технологию изготовления и механизацию возведения сборной крепи. Поэтому до сих пор, несмотря на большой срок внедрения сборных крепей (более 30 лет), используются эти конструкции в небольших объемах и их применение в горнопроходческой практике ограничивается в основном промышленно-экспериментальными работами. До сих пор, несмотря на большое число различных конструкций, еще не создано работоспособной крепи и надежного, высокопроизводительного крепеукладчика.





Яндекс.Метрика