Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок

Подождите немного. Документ загружается.

181

горном давлении. Элементы трапециевидных рам изготовляют из дву-

тавровых балок обычного и широкополочного профиля, швеллерных ба-

лок, 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 по-

мощи прямоугольной металлической

плитки, приваренной к концу стой-

ки (рис. 62, а, б). При значительных давлениях для придания податливо-

сти крепи стойки опирают на деревянный прогон (рис. 62, б). В мягких

породах стойки опирают на лежень (рис. 62, в). Лежни могут быть желе-

зобетонные, металлические, деревянные. При большом боковом давле-

нии 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 распро-

странена арочная податливая трехзвенная крепь АП-3 из спецпрофиля ти-

па 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 метал-

лических 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 уз-

лах

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 выра-

ботки без перекрепления в течение длительного или всего срока службы.

Арочная податливая крепь из пяти элементов АКП-5 обладает подат-

ливостью до 700 мм (рис. 63,

б). Элементы крепи изготовляются из спец-

профиля 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 податливо-

стью до 500 мм

; крепи направленной податливости из СВП-22, СВП-27,

рассчитанные на смещение пород висячего бока до 1300 мм.

182

Рис. 63. Арочная податливая крепь из спецпрофиля

183

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.

В разведочной практике находит применение бетонная крепь при

креплении устьев и отдельных участков выработок. Бетон и каменная

кладка

слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим нагруз-

кам, поэтому крепям из этих материалов придают сводчатую (при вер-

тикальном и горном давлении), подковообразную (давление сверху и с

боков), кольцевую и другие формы.

Фундамент каменной и бетонной крепи заглубляют в почву выра-

ботки 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), загружае-

мой 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 шлан-

гу. 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 значи-

тельных деформаций. Эта крепь дает возможность полной механизации

ее возведения. Она может эффективно использоваться в сочетании с дру-

гими 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 шпу-

рах 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 уп-

рочнение массива пород и повышение устойчивости его обнажений.

В слоистых породах большой мощности анкерами скрепляют (сшива-

ют) отдельные слои пород в одно целое (рис. 64, б) или

прикрепляют (под-

шивают) к устойчивой основной кровле (рис. 64, а). В неслоистых монолит-

ных породах большой мощности анкеры располагают в виде расходящихся

лучей, в результате чего образуются сжатые породные клинья, которые не

могут обрушаться в выработку из-за их самозаклинивания (рис. 64, г).

184

Рис. 64. Схемы крепления выработок штангами: a – штанги с опорными

плитками в кровле; б – штанги с металлическими подхватами в кровле и подошве;

в – штанги с деревянными подхватами и затяжкой в кровле и с опорными плитками

в боках; г – штанги с металлическим арочным подхватом и с затяжкой из сети

185

В настоящее время применяют металлические, железобетонные,

деревянные и сталеполимерные анкеры.

Металлические анкеры состоят из круглого стержня, на одном кон-

це которого (контурном) имеется резьба и гайка (или болтовая головка),

а на другом – замок, с помощью которого анкер закрепляется в скважи-

не. 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 зам-

ковой 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 опор-

ную плитку 5 или подхват и шайбу, а затем завинчивают гайку 6.

В породах 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 низ-

кой в этом случае несущей способности замка. В крепких породах (f ≥ 12)

трудно обеспечить надлежащее расклинивание замка, поэтому клинощеле-

вые анкеры в таких породах применяют редко. Их достоинства – достаточно

высокая несущая способность в породах с f = 4…12, простота конструкции

установки, относительно небольшая стоимость.

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 шпу-

ра 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.

186

Рис. 65. Конструкции штанг: а – металлическая клинощелевая цельная;

1 – стержень штанги; 2 – клин; 3 – усы; 4 – щель; 5 – опорная плитка; 6 – гайка;

7 – контурный конец; б – металлическая клинощелевая со съемной головкой увели-

ченного диаметра; в – металлическая сборная с распорно-конусным замком;

8 – конусная съемная головка; 9 – четырехлепестковая гильза; г – металлическая

цельная с распорно-клиновым замком; 10 – клиновая головка; 11 – два распорных

клиновидных сегмента; д

– металлическая сборная с взрывораспорным замком;

12 – съемная головка с каналом для заряда ВВ; е – металлическая трубчатая

с взрывораспорным замком; ж – железобетонная с арматурой 13 периодического

профиля; з – железобетонная перфоштанга; 14 – перфорированная обойма;

и – железобетонная с гладкой арматурой волнистого очертания; к – деревянная

клинощелевая с металлической обоймой 15

187

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

стоит из круглого стержня диаметром 20…25 мм и пустотелой цилиндриче-

ской 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 поро-

дах, в которых другие конструкции анкеров имеют низкую несущую спо-

собность. Хорошо закрепляются они и в крепких породах. При установке ан-

керов в слабых породах, в частности для борьбы с пучением, целесообразно

применять взрывораспорные трубчатые анкеры, раздутие которых выполня-

ется по всей длине. После

раздутия внутрь трубы может быть введен це-

ментно-песчаный раствор для повышения долговечности и надежности.

Имеются и другие конструкции металлических анкеров. Главной

особенностью металлических анкеров является их способность воспри-

нимать 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 – не-

возможность восприятия нагрузки сразу после установки, сложность

контроля качественного заполнения шпура бетоном, значительный объ-

ем подготовительных работ по изготовлению бетона.

Сталеполимерный анкер, подобно железобетонному, может

быть

замковым или сплошным. Стальной арматурный стержень закрепляют в

шпуре быстротвердеющим полимербетоном, состоящим из синтетиче-

ской смолы, отвердителя, мелкого заполнителя (песок, гранулирован-

ный шлак), а при необходимости – катализатора твердения, пластифи-

катора 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 отделе-

ниями для раздельного размещения в них смолы и отвердителя, а ино-

гда и катализатора. Заполнитель вводится в смолу, отвердитель или в

188

оба компонента. Обычно применяют полимербетоны на основе эпок-

сидных и полиэфирных смол.

Деревянный анкер (рис. 65, к) представляет собой круглый стер-

жень диаметром 40…60 мм, на обоих концах которого устраивают зам-

ки клинощелевого типа. Щель на конце, вставляемом в шпур, длиной

400…450 мм, на противоположном – 200…250 мм. Стержни изготовля-

ют из высококачественной сосны,

лиственницы, дуба и т. п. Клинья вы-

полняют 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 вы-

полнены из двух или более видов материала. Металлические верхняки или

трехшарнирные

арки применяют в сочетании с деревянными стойками при

значительном вертикальном давлении, но небольшом сроке службы.

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

189

Комбинированной называют крепь, в которой сочетается анкерная

крепь с набрызгбетонной или разными видами подпорных крепей: дере-

вянной, 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 крепле-

ния

в 1,5–2 раза.

Временная предохранительная крепь применяется в случаях, когда

по условиям проведения выработок пространство между забоем и по-

стоянной крепью во время выполнения производственных процессов у

забоя должно быть закреплено (слабые, неустойчивые породы, сильно-

трещиноватые породы и пр.).

Временную крепь по характеру работы разделяют на поддержи-

вающую, ограждающую, упрочняющую.

Поддерживающая временная

крепь применяется в виде одиночных деревянных или металлических

стоек, облегченных инвентарных рам, металлических арок из спецпро-

филя, опирающихся на закладные металлические штыри (рис. 66, а).

Ограждающая временная крепь выполняется в виде выдвижных предо-

хранительных перекрытий (рис. 66, б), подвесных деревянных или ме-

таллических 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.

Древесина – материал для горной крепи.

Применение металла для крепления выработок.

Крепи с использованием бетона: торкрет-бетон, набрызг-бетон,

пластбетон, железобетон.

Деревянная крепь горизонтальных горно-разведочных выработок.

Анкерная крепь.

Временная крепь горизонтальных горных выработок.

190

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 практиче-

ски всех месторождений полезных ископаемых.

Месторождение полезного ископаемого – природное в виде геоло-

гических тел скопление в земной коре, которое по условиям залегания,

количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии эко-

номики 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, месторож-

дения, тела.

Минеральные агрегаты, представляющие собой полезное ископае-

мое, залегают в земной коре в виде геологических тел различной фор-

мы. 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 рацио-

нальных 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 вырабо-

ток, находящихся

одновременно в проходке. Проходка горизонтальных

подземных выработок от нескольких до сотен метров.