30.12.2020

Двухслойная монолитная податливая крепь


Конструктивная схема двухслойной крепи. Двухслойная монолитная податливая крепь предназначена для крепления выработок в неустойчивых породах. В такой крепи внутренний слой из обычного бетона является грузонесущим (рис. 3.1). Внешний представляет собой пористый, легко деформирующийся пеноматериал, выполняющий функции податливого (демпферного) элемента конструкции. В этом случае нагрузка на крепь, благодаря удачной характеристике пенопласта (рис. 3.2), почти равномерно распределяется по контуру, исключая, точечное приложение усилий. Надежная работа конструкции в податливом режиме обеспечивается независимо от направления преобладающих смещении пород. Форма и размеры сечения выработки в свету остаются неизменными. Несущая способность такой крепи при работе в податливом режиме определяется сопротивлением податливого слоя (100—200 кПа), а при работе в жестком — прочностью бетонной оболочки.

Если горно-геологические условия и физико-механические свойства пеноматериала позволяют использовать его в качестве временной крепи, то фактическую податливость конструкции можно изменять в широком диапазоне, варьируя не только толщиной демпферного слоя, но и длительностью промежутка времени между нанесением пенопласта и возведением основной несущей оболочки. Последнее становится возможным при большой деформативности пеноматериала, если он в состоянии воспринимать смещение контура пород выработки без нарушения сплошности и несущей способности.

При расчете двухслойной крепи и подборе материалов для нее следует учитывать, что прочностные характеристики податливой и несущей оболочек должны находиться в определенном соотношении, обеспечивающем заданный, оптимальный режим работы крепи в целом. Так, если прочность пеноматериала будет больше максимально допустимой нагрузки на несущую конструкцию, то последняя разрушится или будет работать в жестком режиме. В то же время прочность демпферного слоя на сжатие не должна быть намного меньше несущей способности бетонной оболочки, так как в противном случае работоспособность несущей части крепи не будет полностью использована. Таким образом, необходимо, чтобы податливый слой деформировался по мере смещения контура пород выработки от нагрузки, не превышающей прочности бетонной конструкции с учетом нарастания прочностных свойств бетона. В процессе работы крепи предел прочности демпферного слоя должен быть только немногим меньше несущей способности бетонной крепи.

Разработка конструкции и лабораторные исследования двухслойной крепи. В качестве материала податливого слоя можно использовать вспененные пластмассы и различные виды пеногазобетонов. Однако пенопласты, обладающие удачными деформационно-прочностными характеристиками, предпочтительнее хрупких и более прочных газобетонов. Для использования в податливом слое крепи рассматривались и оценивались пенополиуретановый, фенольно-резольный и карбамидный пенопласты. Возможно использование любого другого пористого материала с характеристикой, близкой к приведенной на рис. 3.2.

Пенополиуретановый пенопласт широко применяется для различных изоляционных покрытий перемычек, заполнения пустот в шахтах и др. Для создания вентиляционных уплотнений в бутовых полосах и заполнения пустот в выработках служит фенольно-резольный пенопласт (ФРП).

ВНИИИГД разработаны рецептуры безусадочных карбамидных пенопластов и промышленная установка УППД для их образования и нанесения на стенки выработки методом, набрызга. Характеристики пенопластов, которые используются в шахтах, приведены в табл. 3.2. Пенополиуретановый пенопласт токсичен и требует при его применении индивидуальных средств защиты, а фенольно-резальный и карбамидный пенопласты — 5-кратный обмен воздуха в выработке (30—50 мин).

Из табл. 3.2 видно, что пенополиуретан обладает лучшими техническими данными и отвечает требованиям, предъявляемым к демпферному слою крепи. Кроме того, имеется достаточно надежное оборудование для набрызга пенополиуретана. Ho он весьма дорогой (особенно его нетоксичные и малотоксичные композиции) и дефицитный.

Исходные компоненты фенольно-резольного пенопласта дешевые, недефицитные и практически малотоксичны. Однако у этого пенопласта малая прочность на сжатие, что резко снижает работоспособность крепи в податливом режиме. Его только укладывают на опалубку, а набрызгом этот материал нанести пока не удается.

Карбамидный пенопласт в большей степени, чем пенополиуретан и фенольно-резольный пенопласт, подходит в качестве материала для податливого слоя крепи. Он сравнительно недорогой и недефицитен, легко наносится методом набрызга, нетоксичен (через 30—50 мин после нанесения слоя в выработке создается нормальная атмосфера). Основной недостаток карбамидного пенопласта — длительный срок набора проектной прочности (2—3 сут), что делает его малопригодным в качестве временной крепи в неустойчивых породах. В результате технико-экономического анализа пенопластов можно сделать вывод о целесообразности применения карбамидного пенопласта в качестве материала для податливого слоя крепи.

Процесс взаимодействия крепи с вмещающим выработку массивом заключается, главным образом, в сдавливании несущей конструкции, обусловленном смещениями породного контура. Для упрощения расчетов крепи при составлении расчетной схемы можно пользоваться искусственным приемом замены фактического взаимодействия эквивалентным, т. е. действие массива на крепь заменить эквивалентной нагрузкой, распределение которой по контуру обусловливается горно-геологическими условиями заложения выработки и деформационно-прочностными свойствами крепи.

Строгий расчет крепи с учетом отпора пород, осложненный непостоянством нагрузки, весьма трудоемок. Для практических расчетов такой сложной конструкции, как двухслойная крепь, разработан эмпирический метод, основанный на результатах статистической обработки представительного числа испытаний, крепи с варьированием наиболее характерных параметров. С учетом последнего положения проведена проверка работоспособности и разработана методика проектирования двухслойной крепи.

Испытывать крепи в натуральную величину на стенде из-за чрезмерной трудоемкости нецелесообразно, а небольшой масштаб моделирования более дешев и удобен для множества испытаний, которые в силу статистических закономерностей гораздо представительнее, чем отдельные испытания конструкции в натуральную величину. Поэтому испытания проводились на стенде с моделями крепей, выполненными в масштабе 1:20.

Методика исследования и экспериментальный стенд разработаны на основе теории подобия и размерностей. В основе моделирования принято, что необходимым и достаточным условием подобия двух явлений будет постоянство значений безразмерных комбинаций, образующих базу. Иначе говоря, для выполнения условия подобия необходимо, чтобы безразмерные комбинации параметров модели и натуры были равны между собой. Размерности параметров, определяющих состояние двухслойной крепи при ее нагружении, приведены ниже.
Двухслойная монолитная податливая крепь

Из этих семи параметров при двух независимых переменных (К — сила, L — линейный размер) можно составить пять безразмерных комбинаций:

Из равенства этих безразмерных комбинаций для модели и натуры легко можно определить масштабы подобия, зная, что геометрический масштаб aL=rн/rм=20, где индексы н — нартура, м — модель.

Материал для модели принят тот же, что и для натуры, т. е бетон (или затвердевшая песчано-цементная смесь). Таким образом, Rн=Rм; Ен=Ем; ен=ем.

Масштаб силового подобия Lp определится из равенства безразмерных комбинаций

Масштаб подобия удельной нагрузки aq — из комбинации

Кроме того, при моделировании должно соблюдаться равенство безразмерных комбинаций в натуре и модели b/r и b/bп. Силовое подобие модели и натуры будет выполнено в случае, если на модель, геометрически уменьшенную в 20 раз по сравнению с натурой, будет приложена нагрузка в 400 раз меньше натурной. Удельные нагрузки на модель и натуру должны быть одинаковыми.

Отпор, формирующий пассивную нагрузку на конструкцию при приложении активной, зависит от характеристики основания, т. е. толщины и компрессионной кривой (или коэффициента постели) пенопласта. Учитывая сложность расчета двухслойной крепи, ее работоспособность исследована в первом предельном состоянии, т. е. до появления первых трещин в местах максимальных изгибающих моментов. В этом случае толщина податливого слоя не имеет большого значения, так как формирование пассивного отпора происходит в пределах упругих деформаций крепи, а они незначительны и примерно на два порядка меньше толщины податливого слоя.

При сжатии податливого слоя пенопласта с учетом его деформационной характеристики (см. рис. 3.2) крепь должна испытывать при всестороннем, хотя и неравномерном, смещении контура примерно одинаковую нагрузку 100—200 кН/м2.

Крепь испытывает нагрузку в результате смещения породного контура выработки. На экспериментальном стенде смещения задавались 12 винтовыми домкратами через пуансоны, а нагрузка, возникающая при этом, фиксировалась с помощью специальных тензодинамометров. Распределение смещений по контуру выработки принято на основе результатов шахтных инструментальных наблюдений. При эксперименте отношения горизонтальных смещении к вертикальным варьировались 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 крепи в выработках, расположенных по простиранию в породах с углом падения в среднем 15°. Поэтому максимальные смещения (нагрузка) задавались домкратом, расположенным под углом 15° к вертикальной оси. При принятой ширине (диаметре) выработки 4 м в свету толщина крепи составляла 200, 300 и 360 мм, а пенопласта — 100 и 200 мм. В процессе эксперимента отработана 41 модель арок с прямыми стенками и 36 моделей крепей кольцевой формы.

В результате стендовых испытаний исследовали влияние различных факторов (размеров и формы крепи, прочности ее материала, отношения вертикальных и горизонтальных смещений, толщины пенопласта) на работоспособность крепи. Обработка результатов эксперимента позволила разработать упрощенную методику расчета несущей способности крепи в зависимости от упомянутых факторов.

Так, для расчета арочной крепи рекомендуется зависимость

а для расчета крепи кольцевой формы —

Следует иметь в виду, что эмпирические зависимости (3.1) и (3.2) пригодны для расчетов крепи по первому предельному состоянию при Rb=8-30 МПа; b/r=0,l-0,25; k=0-0,5 для арочных крепей и k=0-0,75 для кольцевых.

Определяемое значение q не означает, что несущая способность крепи превышена. 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. Окончательное разрушение ее наступает после появления второй серии трещин и потери устойчивости блоков крепи, образованных трещинами.

Анализ. результатов проведенных исследований двухслойной крепи позволил сделать следующие выводы.

1. Несущая способность замкнутой кольцевой крепи выше, чем арочной, в зависимости от рассмотренных факторов, на 14—50%. Замкнутая, бесшарнирная система, естественно, несет, большую нагрузку, чем арка, имеющая шарниры-опоры. Это говорит о необходимости тщательной заделки фундамента опор арки при креплении выработок.

2. С увеличением значения k в 3 раза примерно в 1,3 раза возрастает несущая способность крепи. Это объясняется тем что при увеличении горизонтальных смещений растет момент противодействующий основному изгибающему моменту от вертикальной нагрузки. Степень влияния k уменьшается по мере его роста в кольцевой крепи по сравнению с арочной, так как при вертикальной нагрузке кольцевая крепь, деформируясь, воспринимает 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 арочной. Это объясняется тем, что с увеличением толщины крепи повышается значимость заделки.

4. На несущую способность крепи существенно влияет прочность ее материала; с увеличением прочности бетона в 2 раза несущая способность крепи возрастает в 1,2—1,5 раза. Увеличение прочности материала в кольцевой крепи менее эффективно, чем в арочной.

5. Характер разрушения крепи с прямыми стенками и кольцевой до k=0,5 одинаков: трещина, раскрытая внутрь выработки, образуется в своде крепи в зоне действия преобладающей нагрузки. Одновременно появляются две трещины, раскрытые к внешней стороне выработки, примерно в районе пяты свода. Это объясняется тем, что вертикальные нагрузки на крепь создают сжимающие напряжения в прямых стенках конструкции. Сжимающие напряжения до k=0,5 компенсируют растягивающие напряжения, возникающие на прямых участках крепи вследствие горизонтальных смещений. Отсюда следует вывод, что применение крепей в виде подковы взамен конструкции с прямыми стенками для двухслойной крепи не всегда оправдано.

6. Толщина податливого слоя не сказывается на несущей способности крепи до появления первых трещин-шарниров в конструкции. Излишняя толщина податливого слоя в дальнейшем может привести к выполаживапию треснувших элементов крепи и потере ее устойчивости. В пределах проведенных исследований при толщине 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 продолжает нести нагрузку, в 1,5—2 раза превышающую предельную.

Технология возведения и промышленные испытания двухслойной крепи. Двухслойная крепь предназначена для крепления основных горных выработок и подземных сооружений, расположенных на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях. Эту конструкцию рекомендуется применять взамен металлобетонной, по сравнению с которой двухслойная крепь дешевле на 80—100 руб/м и более надежна в работе.

Сложная технология возведения двухслойной крепи ограничивает область ее применения. Возведение крепи требует технологической увязки процессов создания двух разнородных оболочек с проходческими работами. Выполнение этих операций производится в призабойной части выработки в период активной стадии проявления горного давления.

Выбор технологической схемы возведения двухслойной крепи зависит от способа проходки выработки, степени устойчивости вмещающих пород и имеющегося оборудования.

Податливый слой из карбамидного пенопласта можно возводить набрызгом и подачей за опалубку (рис. 3.3). Безопалубочное нанесение пенопласта на контур выработки более перспективно, так как имеет неоспоримые преимущества в организации работ. Когда же кровля выработки склонна к обрушениям, может возникнуть необходимость в возведении податливого слоя за несущей опалубкой, которая должна выполнять функции временной крепи на период твердения пенопласта или до момента возведения бетонной конструкции.

Для решения ряда технологических проблем, связанных с применением двухслойной крепи, желательно использовать податливый слой в качестве временной конструкции. В этом случае пенопласт должен обладать достаточно высокой прочностью и адгезией. Чтобы двухслойная крепь весь период эксплуатации выработки работала в расчетном режиме, максимальная прочность пенопласта не должна превышать 200—300 кПа. Это противоречие приводит к определенным трудностям в разработке технологических схем возведения двухслойной крепи. В некоторых случаях упомянутого противоречия можно избежать, меняя прочность пенопласта по толщине слоя или принимая дополнительные меры по повышению устойчивости вмещающих пород. Технология производства карбамидного пенопласта позволяет менять в широких пределах (0,1—1,5 МПа) номинальную прочность пеноматериала. Производство пенопласта повышенной прочности связано с его удорожанием, которое можно компенсировать за счет упрощения технологии крепления, экономии металла и снижения трудоемкости работ.

Если в конкретной горнотехнической обстановке несущая способность временной крепи из пенопласта, даже повышенной прочности, недостаточна или длительность набора им необходимой твердости превышает допустимые по технике безопасности сроки, то необходимо принимать другие меры для повышения устойчивости обнажений до возведения несущей оболочки. К таким мерам можно отнести, например, анкерование контура пород, набрызг бетона на кровлю и стенки выработки слоем 2—3 см, применение несущей опалубки и т. п.

Двухслойная крепь предназначена для крепления выработок, проведенных в неустойчивых, слабых, но вязких и монолитных породах, где могут иметь место большие смещения контура. При этом не должно быть вывалов и отслоений большого размера, которые не в состоянии выдержать слой пенопласта. В меньшей степени рассматриваемая конструкция соответствует условиям, где обнажения представлены прочными породами, которые нельзя считать устойчивыми из-за большой трещиноватости. В таких породах при небольших смещениях контура появляются вывалы, а для их поддержания грузонесущей способности слоя из карбамидного пенопласта недостаточно.

На технологические и конструктивные свойства двухслойной крепи существенно влияет способ проходки выработки — комбайновый или буровзрывной. При комбайновой проходке монолитность пород нарушается меньше. Это позволяет использовать менее эластичные и прочные, но более дешевые композиции карбамидного пенопласта.

Ниже приводятся основные положения некоторых вариантов организации крепления выработок, составленных с учетом конструктивных и технологических свойств двухслойной крепи.

Возводят двухслойную крепь по трем технологическим схемам:

I схема — последовательный набрызг пеноматериала, а затем бетона;

II схема — набрызг пеноматериала, а затем укладка несущего слоя бетона с помощью опалубки;

III схема — укладка пеноматериала с помощью опалубки, а затем на расстоянии 30—50 мм от забоя за эту опалубку, предварительно переставленную согласно проектным размерам выработки, укладывают бетон.

При комбайновой проходке в достаточно вязких породах, не склонных к обрушениям или допускающих небольшие по площади и толщине вывалы, можно применять I схему. По мере продвижения комбайна набрызгивают пенопласт на обнаженную поверхность выработки 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 необходимо бетон набрызгивать на пенопласт «зрелого возраста», т. е. материал податливого слоя должен обладать достаточной прочностью, чтобы противостоять смятию частицами бетонной смеси при набрызге. Как показали стендовые испытания и эксперименты по набрызгу бетона на карбамидный пенопласт на шахте «Кондратьевка» ПО «Артемуголь», величина смятия пенопласта под действием трамбующего эффекта при набрызге бетонной смеси не более 3—5 мм.

При буровзрывном способе проходки двухслойную, крепь можно возводить также по I схеме. В этом случае пенопласт набрызгивают на свободную от взорванной породы часть забоя в безопасное состояние. Покрывают пенопластом обнаженную поверхность стен по мере уборки породы или после ее окончания. При большой поражаемости покрытия из пенопласта взрывными работами можно наносить его в два приема. В начале тонким упрочненным слоем для изоляции и повышения устойчивости обнажения, а после удаления забоя на некоторое 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 проблемой оконтуривания выработки, поэтому область применения I схемы в чистом виде, т. е. без дополнительных мер по увеличению устойчивости выработки, ограничена.

Организация работ по I и II технологическим схемам аналогична (кроме процесса бетонирования, которое при II схеме выполняется с помощью опалубки). Применение опалубки несколько усложняет технологический процесс, но дает возможность получить гладкий и правильный внутренний контур закрепленной выработки, что является преимуществом при ее эксплуатации.

При недостаточных адгезии и прочности пенопласта, не обеспечивающих поддержание вывалов и отслоений, крепь сооружают по III схеме, т. е. пенопласт и бетон возводят с помощью опалубки. В конструкции опалубки должна быть предусмотрена возможность сравнительно легкого и быстрого изменения размеров поперечного сечения. Примером может служить опалубка ОГВ-1, разработанная ЦНИИподземмашем.

Технология возведения двухслойной крепи, разработанная ДонУГИ, предусматривает использование анкерной опалубки, применявшейся при строительстве шахты им. Калинина ПО «Донецкуголь». Использование этой опалубки возможно при различных вариантах, разнящихся между собой очередностью технологических операций и конструктивных решений.

На рис. 3.4 показана технологическая схема организации работ при возведении двухслойной крепи, примененная в ПО «Днепрошахтострой». По окончании взрывных работ и после приведения забоя в безопасное состояние в кровле выработки с помощью анкеров устанавливались кружала опалубки (изготовленные из полосы, швеллеров, спецпрофиля), на которые укладывали доски. Возведенное таким образом перекрытие одновременно являлось временной крепью и опалубкой для пенопласта. С помощью установки УППД-2 за опалубку и на стены выработки набрызгивали пенопласт.

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

Если прочность затвердевшего пенопласта недостаточна и опускание опалубки может вызвать обрушение кровли, то при установке анкеров необходимо предусмотреть возможность опускания перекрытия без ослабления натяжения штанг. Для натяжения анкеров применяют планки из полосы 20x20 см, прилегающие непосредственно к контуру выработки. При этом от планки должен выступать конец штанги на величину, которая позволяет закрепить опалубку. После опускания опалубки для бетонирования на выступающую часть штанги надевают резиновые втулки или металлические трубки, которые образуют в бетонной крепи полость. В процессе смещений контура пород выступающая часть анкера входит в эту полость, не нарушая целостности бетона.

С целью проверки работоспособности двухслойной крепи» режима ее взаимодействия с окружающими породами и опробования технологических приемов возведения на шахте «Южно-Донбасская» № 1 ПО «Донецкуголь» проведены ее промышленные испытания. Для этого отобрали две выработки площадью сечения в свету 7,2 м2, находящиеся в околоствольном дворе (гор. 355 м) и пройденные в глинистых и песчано-глинистых сланцах с прочностью на сжатие 20—32 МПа. Согласно проекту, выработки надо было крепить металлобетонной жесткой крепью из двутавровых арок, заполненных бетоном.

На экспериментальных участках установили замерные станции для проведения шахтных инструментальных наблюдений. Контурные реперы позволили измерить смещения породного контура выработки и оценить величину сжатия карбамидного пенопласта. Для. этого прибор в период набрызга податливого слоя непосредственно в шахте заполняли тем же пенопластом В лабораторных условиях на прессе пенопласт в приборе подвергали сжатию на величину, соответствующую смещению контурного репера замерной станции. Нагрузку, вызвавшую сжатие пенопласта в приборе, замеряли динамометром. Высота пенопласта в стакане прибора соответствовала его толщине в районе репера. Таким образом, нагрузка сжатия пенопласта в приборе показывала нагрузку, испытываемую крепью в районе контурного репера.

Пенопласт набрызгивали установкой, разработанной ДонУГИ на базе установки УППД-2 конструкции ВНИИГД. Установка состоит из насосного агрегата, магистральных и концевых шлангов и вспенивающего устройства.

Насосный агрегат представляет собой два шестеренчатых насоса, один — для подачи мочевиноформальдегидной смолы, второй — для подачи вспенивающе отверждающего продукта. В качестве привода служит двигатель пневмосверла. Магистральные и концевые шланги предназначены для подачи сжатого воздуха, смолы и вспенивающе-отверждающего продукта при давлении до 1,5 МПа,

Принцип действия вспенивающего устройства основан на вспенивании раствора турбулентным потоком сжатого = воздуха с дальнейшим смешиванием пены со смолой. Принцип действия установки в целом основан на подаче насосами мочевиноформальдегидной смолы и продукта ABO-1 во вспенивающее устройство, вспенивании продукта ABO-1 с последующим смешиванием пены со смолой. При этом первично образованная пена, содержащая кислый катализатор, отверждается добавкой мочевиноформальдегидной смолы, которая фиксирует структуру пены.

Монолитный бетон укладывали за деревянную опалубку вслед за набрызгом пенопласта. Крепь возводили заходками по 2 м после каждого проходческого цикла. По окончании буровзрывных работ и уборки породы набрызгивали пенопласт на породные стенки выработки до проектной толщины. Затем выставляли опалубку и закладывали бетонную смесь по всему периметру выработки. При бетонировании свода оставляли проектный зазор между бетонной оболочкой и породным контуром, который впоследствии заполняли пенопластом.

Критерием работоспособности крепи в конкретной горнотехнической обстановке является соответствие ее параметров комплексным характеристикам проявления горного давления. Основная форма проявления горного давления в горизонтальных выработках — смещение породного контура, обусловливающее сдавливание и нагружение крепи. Для контроля за смещением пород на экспериментальных участках были установлены две замерные станции, оборудованные контурными реперами. Конструкция двухслойной крепи позволяет достоверно фиксировать величину отпора крепи в различные моменты времени.

Анализ графиков смещений и нагрузок показывает, что двухслойная крепь на экспериментальных участках работала в расчетном режиме. Смещения породного контура полностью реализовались сжатием податливого слоя пенопласта. Нагрузка на бетонную оболочку при этом составляла 150—200 кН/м2, что не превышало ее несущей способности, а размеры выработки в свету оставались неизменными. Признаков деформации экспериментальной крепи не обнаружено.

При шахтных испытаниях установлен фактический расход материалов для податливого слоя из карбамидного пенопласта. В табл. 3.3 приведены данные по расходу и стоимости исходных компонентов при толщине пенопласта в кровле 10—30 см, в боках—2—7 см.

Как видно из табл. 3.3, общая стоимость материала податливого слоя, выполненного из карбамидного пенопласта, на 1 м выработки составляет около 30 руб. (один комплект крепи такого же сечения из двутавра стоит 57,2 руб.).

Комплекс работ по возведению податливого слоя крепи включает следующие элементы: монтаж и подготовку установки к работе подготовку материалов и приготовление рабочих растворов, приготовление и набрызг пенопласта, профилактическое обслуживание установки и ее демонтаж.

В целях безотказной работы установки для набрызга пенопласта необходимо каждый раз после очередного набрызга разобрать, промыть и собрать вспенивающее устройство, тщательно промыть концевые шланги, обратные клапаны и насосный агрегат с обязательной прокачкой через него диэтиленгликоля. Затраты времени по элементам цикла набрызга (выход карбамидного пенопласта составляет 2 м3 при обслуживании установки двумя рабочими) приведены в табл. 3.4.

Двухслойная конструкция крепи разработана для сложных горно-геологических условий, в которых сейчас применяется жесткая металлобетонная крепь из двутавровых балок с бетонным заполнением. Проведенные исследования доказали техническую целесообразность перехода на двухслойную крепь в капитальных выработках, размещенных в неустойчивых породах.

Далее сравниваются экономические показатели металлобетонной и двухслойной крепи для типовых сечений выработок: на экспериментальном участке площадью сечения в свету 7,2 м2 и усредненном сечении для выработок околоствольиых дворов современных шахт 12,7 м2. Объемы работ при возведении крепи приняты на основе действующих проектов типовых сечений. Стоимостные параметры крепи, предусмотренной проектом, взяты из «Каталога единичных расценок на горнопроходческие работы для строительства угольных шахт Донецкой области», а для двухслойной крепи дополнительно использованы результаты эксперимента (нормы расхода материалов и затраты труда).

В табл. 3.5 приведены результаты расчета стоимостных показателей сравниваемых вариантов металлобетонной крепи и двухслойной (по результатам эксперимента).

Анализ данных табл. 3.5 показывает, что замена металлобетонной крепи двухслойной даст возможность снизить общую стоимость сооружения 1 м горных выработок в пересчете на усредненное сечение от 90 до 100 руб., уменьшить трудозатраты на возведение крепи в среднем на 25% и значительно снизить металлоемкость.

Дальнейшее совершенствование технологии механизации возведения крепи позволит повысить ее эффективность.

Известен положительный опыт применения двухслойной крепи аналогичной конструкции при креплении сопряжения ствола с горизонтальными выработками на шахте «Проспер» № 10 в ФРГ. Там податливый слой толщиною 80 мм возводился из сборных стекловолокнистых матов между наружной и внутренней несущими оболочками. Наружная несущая оболочка состояла из коротких анкеров, упрочняющих зону разрушенных пород; длинных анкеров, закрепляемых на глубине, где согласно расчетам породы не нарушены, а также слоя набрызгбетонного покрытия, армированного металлической сеткой. Эта оболочка вначале выполняла функции временной крепи. Внутренняя оболочка устраивалась из специальных стальных элементов, заполненных бетоном. Такая сложная конструкция для крепления ответственной выработки выбрана с учетом возможных деформаций горного массива, вызванных влиянием очистных работ. Расчетные данные подтвердились в процессе эксплуатации крепи в сложной геомеханической ситуации.





Яндекс.Метрика