книги из ГПНТБ / Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения

Заславский Ю. 3., Квпвдур В. П., Лопухин Е. А., Переігичка Ф. И.

БЕТОННАЯ КРЕПЬ, ТЕХНОЛОГИЯ

ИМЕХАНИЗАЦИЯ

ЕЕВОЗВЕДЕНИЯ

Издательство «Донбас». Донецк-1973

f 3 - 4 Ш /

1 4

„ 0 3 7 3 - 0 2 3

Б 213(04)-73 ^ 5 7 - 7 J

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДОНБАО . ДОНЕЦК - 1973

цессом, требующим наибольших затрат средств и вре­ мени в технологии горнопроходческих работ. Анализ

бурения, отбойки и погрузки породы, общая производи­ тельность труда по креплению выработок возросла не­ значительно и резко отстает от темпов проходки. Это объясняется тем, что, в отличие от других технологиче­ ских процессов, крепление выработок до сих пор наиме­ нее механизировано. Применяемые крепи из дерева, ме­ талла, монолитного и сборного бетона и железобетона в большинстве случаев возводятся вручную, что увеличи­ вает их стоимость и трудоемкость крепления.

Практика строительства угольных шахт показывает, что именно тип крепи, технология и механизация ее воз­ ведения предопределяют темпы сооружения выработки, ее стоимость и в значительной степени влияют на каче­ ство горнопроходческих работ и производительность труда проходчиков. За период 1952—1972 гг. произво* дительность труда на проходке стволов в СССР возрос­

Из сопоставления динамики показателей при соору­ жении вертикальных стволов и горизонтальных вырабо­ ток в крупнейшей шахтостроительной организации—ком­ бинате «Донецкшахтострой» видно, что средние темпы проходки стволов возросли с 17,4 мімес в 1952 г. до 14,3 мімес в 1971 г., то есть почти в 4 раза. За это же

3

Бетон как строительный материал в подземном стро­ ительстве применяется для крепления шахтных стволов,

пела ^изменения. Так, в 1950 г. на смену монолитной бе­ тонной крепи, возводившейся с помощью стационарной деревянной (реже металлической) опалубки пришел кирпич и бетонит. На смену этой крепи пришли железо­ бетонные тюбинги, объем крепления которыми в уголь­ ной промышленности в 1958 г. достиг 59%. Но, начиная с 1960 г., тюбинги вновь начал интенсивно вытеснять монолитный бетон на качественно новой основе: быстротвердеющие смеси доставлялись к месту укладки по тру­ бам и непосредственно из трубопровода укладывались за передвижные опалубки. С 1964 г. практически все ство­ лы, сооружаемые в СССР в обычных горно-геологиче­ ских условиях, крепят быстротвердеющим монолитным бетоном [28].

Крепи из сборного бетона и железобетона обладают рядом достоинств. На современном уровне механизации работ крепление горизонтальных выработок сборными крепями более индустриально, чем монолитным бетоном, так как в большинстве случаев бетонные смеси уклады­ вают самым примитивным способом за деревянную, ре­ же металлическую опалубку из вагонетки — бетоновоза. Кроме того, доставка и приготовление смесей в подзем­ ных условиях затруднены.

Крепь из сборного бетона или железобетона можно возводить непосредственно у забоя выработки без при­ менения временной крепи. Она сразу после установки

5

способна воспринимать давление пород. Большинство сборных конструкций взрывостойкие, и в них несложно ввести податливые элементы в виде прокладок, обеспе­ чивающих работу крепи в податливом режиме.

грузки за счет отпора горных пород. Работоспособность крепи при этом повышается. Однако такие крепи требу­

чественная, крепь легко теряет устойчивость и становит­ ся неработоспособной. Рекомендуемый для сборных кре­ пей тампонаж закрепного пространства цементным рас­ твором является, по существу, дополнительной бетонной оболочкой, для которой сама крепь служит опалубкой. В этом случае способность крепи деформироваться и приспосабливаться к неравномерностям горного давле­ ния теряется, а стоимость значительно растет.

Для каждого сечения выработки необходим свой ти­ поразмер сборного элемента, что усложняет технологию изготовления и механизацию возведения сборной крепи, увеличивает ее стоимость и отрицательно влияет на темпы сооружения выработок. Этим и объясняется тот факт, что более чем двадцатилетний опыт проектирова­ ния, исследования и внедрения сборного железобетона для крепления капитальных выработок оказался мало­ эффективным.

В условиях больших смещений контура выработки применять обычные монолитные крепи нецелесообразно. Жесткая монолитная бетонная крепь не может воспри­ нимать смещений породного контура и разрушается. В этих случаях в СССР и за рубежом оказалось эффек­ тивным применение сборных блочных бетонитовых кре­ пей, которые чаще всего используют с податливыми про­ кладками, устанавливаемыми между блоками. Сборный железобетон целесообразно применять там, где им мож­ но заменить металл (железобетонные стойки с метал­ лическим верхняком, арочная шарнирная железобетон­ ная крепь из элементов таврового сечения и др.)

При сооружении капитальных горных выработок ши­ роко используются монолитные бетонные и железобе­ тонные (металлобетонные) крепи. Ими закреплено свы-

6

ше 80%' всех выработок околоствольных дворов уголь­ ных Шахт. Монолитный бетон как крепежный материал имеет существенные преимущества перед другими мате­ риалами.

Условия применения монолитного бетона при горных работах имеют свою специфику. В отличие от наземных сооружений из монолитных конструкций, где требуется двусторонняя опалубка и специальные приспособления для укладки бетонных смесей чаще всего выше отметки поверхности земли, для крепления горных выработок достаточно иметь одностороннюю опалубку несложной конструкции и самотечную подачу смеси по трубам с по­ верхности. При этом в шахте созданы оптимальные ат­ мосферные условия для твердения бетона. В течение суток крепь из быстротвердеющего бетона может до­ стичь 20—30% проектной прочности.

Монолитная бетонная крепь — самая дешевая, а про­

но ориентируются на низкую прочность бетона на рас­

ствуют уменьшению изгибающих моментов в крепи, так как нормальные и касательные напряжения в месте кон­ такта с породами становятся величинами одного поряд­

дельно возможных значений. Поэтому монолитная крепь в условиях отпора пород испытывает в основном сжи­ мающие напряжения и способна нести значительные на­ грузки, сохраняя сечение выработки неизменным.

Появление трещин в бетоне в зоне действия преобла­ дающей нагрузки не означает, что несущая способность монолитной крепи исчерпалась, а служит лишь призна­ ком перераспределения изгибающих моментов и образо­ вания первого шарнира в конструкции. После этого воз­ можны образования дополнительных шарниров в раз­ личные стадии работы крепи. Игнорирование такой постадийной работы приводит к тому, что монолитную крепь с трещинами, которая еще работоспособна, пере­ крепляют.

7

В сложных горно-геологических условиях находят применение жесткие металлобетонные крепи замкнутой конструкции с высокой несущей способностью. Такие конструкции весьма дороги, металлоемки и не техноло­ гичны при возведении. Иногда их проектируют с прямы­

чают в работу упругий отпор боковых пород. Поэтому применение мощных металлобетонных крепей, состоя­ щих из жестких металлических рам двутаврового про­ филя и заполнения межрамного пространства бетоном, во многих случаях положительного результата не дало.

Принципиально же из монолитного бетона можно со­ здавать крепи податливых конструкций, что расширит область его применения.

Если некоторая часть смещений контура выработки воспринимается временной податливой крепью, то жест­ кую крепь из монолитного бетона, устанавливаемую че­ рез определенное время после проведения выработки, условно можно считать ограниченно-податливой в пре­ делах податливости временной крепи.

В сложных горно-геологических условиях, когда де­ монтаж временной податливой крепи влечет за собой опасные вывалы пород, а постоянная крепь должна обла­ дать высокой несущей способностью, можно рекомендо­ вать ограниченно-податливую металлобетонную крепь из спецпрофиля с бетонным заполнением и конструктивной податливостью металлической крепи, хорошо зарекомен­ довавшую себя при креплении глубоких выработок в

СССР и за рубежом [11]. При этом металлические ра­

Проектирование состава бетона

Бетон является многокомпонентным составом. По­ этому его стоимость, физико-механические и технологи­ ческие свойства определяются характеристиками от-

8

дельных компонентов и их количественным соотношени­ ем в составе смеси. Бетонная смесь состоит из цемента, крупного и мелкого заполнителей, воды и различных до­ бавок для получения специальных бетонов. Расчет со­ става бетона сводится к определению весового или объ­

9