Крепь горно-разведочных выработок

Горная крепь – это искусственное сооружение, возводимое в подземных выработках для предохранения обрушения окружающих пород и сохранения необходимых размеров поперечных сечений выработок. Совокупность работ по возведению горной крепи называется креплением. Горная крепь должна удовлетворять техническим, производственным и экономическим требованиям.

Технические требования:

1) прочность – крепь должна выдерживать давление горных пород, не разрушаясь, и обеспечивать рабочее состояние выработки (сохранить формы и размеры поперечного сечения выработки в пределах, необходимых для нормальных условий эксплуатации в соответствии с ПБ в течение всего срока ее службы);

2) устойчивость – под влиянием действующих сил крепь должна сохранять свое первоначальное положение, состояние равновесия, заданное по условиям нормальной эксплуатации;

3) деформирование крепи в случае достижения ее предельной несущей способности должно происходить постепенно, без внезапного разрушения с тем, чтобы иметь резерв времени для принятия необходимых мер по предотвращению завала выработки, обеспечению безопасности людей, сохранению оборудования.

Производственные требования:

1) крепь не должна мешать выполнению производственных процессов, не должна вызывать технологических осложнений при проведении и эксплуатации выработок (не загромождать рабочее пространство выработки, не иметь сложную конфигурацию периметра выработки, предотвращать прорывы плывуна и т.д.);

2) крепь не должна оказывать большого сопротивления движению воздушной струи (иметь минимальный коэффициент аэродинамического сопротивления);

3) крепь должна быть несложной и нетрудоемкой в изготовлении, транспортабельной и состоять из элементов, изготовление которых возможно на поверхности;

4) крепь должна быть удобной и нетрудоемкой при возведении ее в выработке, состоять из минимального числа узлов и элементов, отвечать условиям и требованиям механизации работ по креплению;

5) крепь должна быть доступной для ремонта в период эксплуатации;

6) быть неогнеопасной и стойкой против коррозии и гниения.

Экономические требования:

1) соответствие конструкции и материала крепи сроку службы выработки;

2) возможность наиболее полного извлечения крепи из погашенных выработок и дальнейшего повторного использования;

3) минимальный расход материалов на единицу несущей способности крепи;

4) минимальная сумма первоначальных затрат (трудовых, материальных) на
изготовление и установку крепи в выработке и затрат на эксплуатацию и поддержание (ремонт) крепи в течение срока службы выработки.

Под прочностью понимается способность крепи удовлетворять условиям нормальной эксплуатации без появления разрушений, ограниченных существующими нормативами. Устойчивость – это способность крепи сохранять состояние равновесия, заданное по условиям нормальной эксплуатации. Ограниченность деформаций крепи предполагает перемещение ее в пределах требований нормальной эксплуатации.

Первоначальная стоимость крепи и стоимость ремонта ее в период эксплуатации выработки должны быть наименьшими.

Горную крепь подразделяют:

– по положению выработок в пространстве – на горизонтальную, наклонную, вертикальную;

– по роду выработок – капитальныхую, подготовительную и очистную;

– по сроку службы – на временную и постоянную;

– по материалу – деревянную, металлическую, бетонную, каменную, железобетонную, смешанную;

– по форме – прямоугольную, трапециевидную, полигональную, сводчатую, подковообразную, кольцевую, эллиптическую;

– по конструктивно-технологическому виду – сборную, монолитную, сборно-монолитную;

– по типу конструкции – сплошную, интервальную, комбинированную;

– по типу жесткости – жесткую, податливую, малоподатливую и весьма податливую;

– по структуре конструкции – однослойную, многослойную;

– по размещению в выработке – потолочную, незамкнутую, замкнутую, торцовую;

– по местоположению на трассе выработки – крепь протяженных участков, сопряжений, пересечений, выходов на поверхность (устья стволов, штолен);

– по способам возведения – обычную и специальную (забивная, погружная, опускная и т.д.);

– по возможности перемещения – стационарную, передвижную;

– по характеру работы – ограждающую, изолирующую, несущую.

Таблица 28

Тип крепи	Характер взаимодействия с породами	Вид крепи
Изолирующая	Отсутствие закономерных нагрузок. Возможны местные напряжения, вызванные случайными причинами	Тонкое изолирующее покрытие из набрызгбетона, эпоксидного компаунда и т.п.
Ограждающая	1. Отсутствие закономерных нагрузок, нагружение в результате случайных отслоений 2. Условия "заданных смещений" пород, которые крепь воспринимает без существенного отпора	Набрызгбетон, крепь-оболочка, легкие металлические конструкции   Податливая крепь с отпором до 0,1 МПа
Упрочняющая	Упрочнение окружающих выработку пород, обеспечение совместных смещений пород	Набрызгбетон, различные виды анкерной крепи, комбинированная анкерно-набрызгбетонная крепь

Продолжение табл. 28

Поддерживающая	Работа в режиме "заданной нагрузки" (отслоение пород вывалообразование)	Деревянная, металлическая, монолитная, сборная бетонная и железобетонная крепи, как правило, жесткие, возводимые сразу после обнажения пород
Подпорная	Работа в режиме совместного деформирования с массивом (''взаи-мовлияющей деформации")	Металлическая податливая крепь с отпором более 0,15 МПа; блочная крепь с податливыми прокладками; двухслойная крепь, состоящая из монолитной или сборной несущей конструкции и податливого слоя между этой конструкцией и породой; сборная крепь, вводимая в работу на некотором расстоянии от забоя; монолитная крепь, возводимая с некоторым отставанием от забоя

Ограждающие крепи не имеют, как правило, непосредственного контакта с поверхностью элементов выработки и предназначены длязащиты людей и оборудования от случайных местных вывалов кусков породы. Обычно это временные крепи, зачастую передвижные.

Изолирующие крепи предназначены для защиты обнажений пород в выработках от выветривания, переувлажнения, вымывания, растрескивания, иногда теплоизоляции, для сглаживания неровностей. Эти крепи выполняют обычно в виде покрытий из торкрет- или и набрызгбетона, полимерных материалов. Их несущая способность незначительна, но, благодаря сохранению природных свойств пород в массиве вокруг выработки, изолирующие крепи могут обеспечить устойчивость их при своевременном нанесении изолирующего материала.

Несущие крепи (обделки) условно разделяются на подпорные, упрочняющие и комбинированные. Эти крепи проектируют на нагрузки от 3–5·10³ до 1–1,5·10⁵ Па.

В зависимости от устойчивости пород рекомендуются виды крепи, представленные в табл. 28.