Конструктивно-технологические схемы крепи регулируемого сопротивления

Анализ ремонтопригодности существующих крепей показывает, что большинство конструкций (особенно с обратными сводами) из монолитного и сборного железобетона и бетонных блоков не приспособлены для усиления и в реальных условиях при деформациях заменяются новыми.

Результаты исследований экономической эффективности и ремонтопригодности существующих крепей, выполненные А.П. Пастуховым по методике, позволили предложить унифицированный ряд крепей арочной и замкнутой формы. В основу ряда положена широко применяющаяся в угольном и рудной промышленности рамная крепь из спецпрофиля с эллипсным вытянутым вверх сводом, к ножкам которого при необходимости может крепиться обратный свод. В зависимости от параметра устойчивости выработки уН/R в унифицированном ряде, предусматриваются конструкции крепи, которые можно усиливать и ремонтировать без перекрепления выработки: от легких набрызгбетонных покрытий до мощных металлобетонных с тампонажем закрепного пространства и глубинной инъекцией разрушенных пород, вмещающих выработку (табл. 3.35). Переход от менее к более прочному виду Iкрепи осуществляется за счет соответствующего усиления конструкции. Таким образом, по мере необходимости регулируется ее сопротивление. Для усиления необходимо предусматривать резерв выработки в свету на осадку.

В первых двух конструкциях в качестве основной крепи принимается набрызгбетонное покрытие. Применение анкерной крепи и металлической сетки повышает несущую способность набрызгбетонной крепи. Этапом усиления крепи является установка металлической арки из спецпрофиля с железобетонной или металлической сетчатой затяжкой.

В следующих трех конструкциях основной крепью, предназначенной для последующего усиления, рекомендуется металлическая податливая арка из спецпрофиля. Крепь усиливается установкой в промежутке между рамами анкеров, тампонажем закрепного пространства, заполнением межрамного пространства монолитным бетоном с последующей глубинной инъекцией.

При необходимости крепь усиливается последующим устройством обратного свода. Двухзвеньевой обратный свод внахлестку присоединяется к стойкам крепи. Элементы металлических рам крепи унифицированы. Рекомендации А.П. Пастухова в 1976—1978 гг. прошли удачную экспериментальную проверку на шахтах «Комсомолец Донбасса» и «Ново-Бутовка» в Донбассе. На участках общей длиной 510 м экономия составила 150 тыс. руб.

МакИСИ предложена и испытана в сложных условиях шахт им. газеты «Социалистический Донбасс», им. Батова и «Южно-Донбасская» № 3 крепь регулируемого сопротивления на основе набрызгбетона. В этой конструкции предусмотрено максимальное использование упрочненных пород, вмещающих выработку, как основного несущего элемента конструкции.

Такая конструкция набрызгбетонной крепи с возможным последующим упрочнением вмещающих пород возводится следующим образом, Вслед за проведением выработка крепится анкерами-инъекторами и металлической сеткой или гибкими подхватами. При благоприятных условиях эта конструкция может быть оставлена в выработке как основная. Затем наносится слой набрызгбетонного покрытия, который в сочетании с анкерами-инъекторами и металлической сеткой является достаточно надежной крепью, заменяющей металлобетонную конструкцию. В более сложных условиях через 10—30 сут после проведения выработки разрушенные породы за набрызгбетонным покрытием упрочняются скрепляющим раствором, нагнетаемым через анкеры-инъекторы в массив.

МГИ и Южгипрошахтом в 1982—1986 гг. на шахтах «Ворошиловградская» № 1 и «Комсомолец Донбасса» проведен широкий комплекс исследований, в результате которых были предложены конструкции крепи регулируемого сопротивления и методика ее проектирования для капитальных горных выработок.

В качестве базовой крепи регулируемого сопротивления рекомендуются конструкции, использующие несущую способность породного массива, а также традиционные арочные металлические с железобетонной затяжкой, анкерные, монолитные бетонные и крепь из сборных тюбингов (табл. 3.36).

Для контроля за состоянием крепи с целью выбора оптимального момента ее усиления по длине выработки устанавливаются датчики-сигнализаторы, настраиваемые на величину критических смещений.

Датчик конструкции Оргэнергостроя СДК-45 (рис. 3.69) наступление критических смещений сигнализирует выпадением ярко окрашенной пробки. Этот датчик требует точного выбуривания шпура диаметром 42 мм. Отклонение от заданного диаметра делает его установку невозможной. Более удобен и прост датчик конструкции МГИ (рис. 3.70). Он состоит из глубинного репера 1, закрепляемого в донной части шпура; в его устье крепится цоколь датчика, состоящий из распорной втулки 3, подирающей муфты 4. опорной пластины 5 и гайки 6. Штанга 2, жестко закрепленная на глубинном репере и оснащенная мерной рейкой 9, шайбой 7 и обжимным резиновым кольцом 8, свободно перемещается по оси цоколя (см. рис. 3.70). В кровле выработки бурится шпур диаметром 42 мм, в него вводится штанга с глубинным репером распорного типа, который расклинивается в донной части. Далее, устанавливается нижний цоколь. Распорная втулка с муфтой, опорной пластиной и гайкой одеваются на выступающий конец штанги, вводятся в шпур и натяжением гайки раскрепляются в нем. На выступающий конец штанги одеваются шайба и обжимное резиновое кольцо. Смещения цоколя будут большими, чем глубинного репера, поэтому обжимное кольцо перемещается по мерной рейке, жестко связанной со штангой. Измерение смещений производится наблюдениями за обжимным кольцом и мерной рейкой.

Интервал между датчиками по длине выработки зависит от ожидаемых максимальных смешений и составляет от 50 м при umах больше 100 мм до 5 м при umax больше 500 мм.

В последние годы за рубежом успешно применяется новый австрийский способ туннелестроения (НАСТ), являющийся, по сути, разновидностью крепи регулируемого сопротивления. Известны удачные случаи использования нового способа, предназначенного для туннелестроения, в угольной промышленности ФРГ и других странах при креплении выработок, размещенных в сложных горнотехнических условиях.

Австрийские ученые разработали 22 принципа НАСТ, также основанного на использовании несущей способности породного массива, вмещающего выработку. Основные принципы заключаются в следующем:

- при проходке выработки породные обнажения сразу же покрываются слоем набрызгбетона, предотвращающего разупрочнение пород и создающего радиальный подпор по всему массиву. При этом в массиве восстанавливается объемное напряженное состояние, способствующее сохранению прочности пород;

- при проведении выработки большое внимание уделяется возможно точному оконтуриванию ее сечения, сохранению первоначальной прочности пород;

- конструкция крепи усиливается анкерами, повторным набрызгом по армировочной сетке, металлическими арками и листами с бетонным заполнением. При этом крепь остается достаточно тонкой конструкцией. Усиление крепи только за счет увеличения ее толщины не допускается;

- контур выработки должен иметь криволинейные формы Обычно выработка представляет собой кольцо с укороченным обратным сводом;

- в выработке ведутся непрерывные измерения геомеханического состояния массива и крепи. Такой контроль позволяет своевременно определить необходимость усиления крепи и время установки усиливающих элементов.