Нові кріпильні матеріали

В даний час ведуться роботи зі створення і використання нових кріпильних матеріалів. До них відносяться пластбетон, вуглепласт, склопластики, хімічні суміші на основі синтетичних смол для закріплення анкерів в шпурах (свердловинах) і зміцнення гірничих порід.

Пластбетон – без цементний і безводний кам’яний матеріал, що складається зі зв’язуючої речовини, піску і щебеню. В якості зв’язуючої речовини використовують синтетичні смоли (фурфурол-ацетонову, епоксидну, сечовино-формальдегідну і ін.) і спеціальні хімічні добавки (сульфобензокислота, поліетилен, полі амін і ін.). такий бетон характеризується високою міцністю при стиску (40-70 МПа), хімічною стійкістю проти агресивних вод і високою водонепроникністю.

Вуглепласт – кріпильний матеріал з вугільної пластмаси, отриманий гарячим пресуванням здрібненого кам’яного вугілля (до 13 мм), змішаного з дерев’яною тирсою, з добавкою фенол формальдегідної смоли (20% від маси вугілля і тирси) або холодним твердінням в присутності сульфобензокислоти. Міцність на стиск вуглепласта 40-70 МПа. З вуглепласта виготовляють кільця і тюбінги.

Склопластики – отверділі синтетичні смоли, армовані скловолокном у вигляді склониток, джгутів, полотна чи склотканини.

В якості зв’язуючої речовини в склопластиках застосовують поліефірні, фенольні, епоксидні і інші полімерні смоли, сировиною для яких є природні чи нафтові гази і продукти перегонки нафти.

Склопластики володіють великою міцністю, не піддаються корозії і гниттю, довговічні і негігроскопічні, вогнестійкі і легші за будь-які інші кріпильні матеріали.

Елементи кріплення (стояки, верхняки, затяжку) виготовляють з склопластику пресуванням чи методом лиття.

Недолік цих матеріалів – дуже велика вартість.

Питання для самоконтролю

1. Які вимоги пред’являються до кріпильних матеріалів?

2. Вкажіть переваги і недоліки кріпильних матеріалів з дерева.

3. Вкажіть переваги і недоліки кріпильних матеріалів з металу.

4. Вкажіть переваги і недоліки кам’яних кріпильних матеріалів.

5. Вкажіть переваги і недоліки нових кріпильних матеріалів.

6. Дайте характеристику зв’язуючим речовинам і розчинам.

7. Вкажіть переваги і недоліки бетону.

8. Вкажіть переваги і недоліки залізобетону.

Задача

Визначте необхідну кількість піску для виготовлення 1 м³ пісного бетону. Дайте характеристику цій бетонній суміші. Вкажіть її переваги та недоліки.

Основні поняття про розрахунок параметрів рамного податливого кріплення

При вивченні цієї теми повинні бути охоплені такі питання:

1. Визначення розрахункового опору шарів порід в масиві.

2. Розрахунок опору порід стиску по контуру поперечного перерізу виробки.

3. Розрахунок зміщення порід покрівлі, підошви і боків виробки.

4. Розрахунок навантаження на 1 м виробки зі сторони покрівлі, боків і підошви виробки.

5. Вибір типу кріплення і його несучої здатності.

6. Розрахунок щільності встановлення рам кріплення.

7. Вибір податливості кріплення.

8. Розрахунок кроку кріплення (відстані між рамами).

Розрахунок постійного кріплення виконують у відповідності з “Инструкцией по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок” – Л: ВНИМИ, 1986.

Розрахункову міцність порід визначають в наступному порядку.

Р озрахунковий опір шарів порід в масиві R_с,і визначають з врахуванням порушеності масиву за формулою

д е R_i – середнє значення опору шарів порід в зразку одноосьовому стиску, що встановлюються за результатами випробувань (при визначенні міцності порід за допомогою коефіцієнта міцності по М.М. Протодьяконову f необхідний перерахунок в МПа проводять за формулою R_i = 10f );

Малюнок 1 – Схема для визначення розрахункового опору порід стиску

К_с – коефіцієнт, що враховує додаткову потужність масиву порід поверхнями без зчеплення, або з малим зв’язком (дзеркала ковзання, тріщини, глинисті прошарки і ін.).

Для гірничих виробок значення К_с визначається в залежності від тектонічної порушеності місця їх розташування. В умовах навчальної програми для всіх порід приймають К_с = 0,9 .

Розрахунковий опір порід стиску R_c по контуру поперечного перерізу виробки визначають з врахуванням всіх вмістимих у виробці шарів (пластів) потужністю більше 0,5 м, що залягають на відстані від контуру перерізу виробки в покрівлі 1,5В, в підошві 1В, де В – ширина виробки.

Д ля суміжних шарів, що залягають по контуру поперечного перерізу виробки, зі зміною R_с,і в межах до 30% приймають єдине для всієї виробки усереднене значення розрахункового опору порід стиску, яке визначають за формулою

де R_c,…, R_cn – розрахунковий опір порід, МПа;

m₁,…, m_n – потужність шарів порід, м.

При мінливості розрахункового опору порід стиску в покрівлі, боках чи підошві виробки понад 30% значення R_c визначають за цією ж формулою окремо за елементами виробки (покрівлі, боках, підошві). Розрахунковий опір порід в покрівлі і підошві визначають з врахуванням міцності порід, що залягають в боках по висоті виробки.

У випадку обводненості виробки (капання, затоплення, перепуск води і ін.) зниження опору порід в зразку за рахунок дії вологи враховують шляхом зменшення міцності R пісковиків на 20%, алевролітів на 40% і аргілітів на 50%.

Зміщення порід покрівлі, підошви чи боків U в горизонтальних і похилих протяжних виробках розраховують за формулою

де U_t – зміщення порід, прийняте за типове, яке визначається за графіком мал.2 в залежності від розрахункового опору порід стиску R_с і розрахункової глибини розташування виробки H_p . В навчальній програмі H_р приймається рівним 500 м. Типовим прийняті такі умови: розташування поза зоною впливу суміжних і виробок, що сполучаються, податливе кріплення, падіння пластів породи до 20º, ширина і висота виробки в проходці відповідно 6 і 3,5 м;

k_a – коефіцієнт впливу кута залягання порід і напряму проходки виробки відносно простягання порід, який визначається за табл.1;

Таблиця 1

Напрям проходки виробки	Коефіцієнти ka і kθ в залежності від кутів падіння α, градус
	до 21		21-30
	ka	kθ	ka	kθ
По простяганню	1,0	0,35	0,95	0,8
Навхрест простяганню	0,7	0,55	0,6	0,8
Під кутом до простягання	0,85	0,45	0,8	0,65

k_θ - коефіцієнт напрямку зміщення порід; при визначенні зміщення зі сторони покрівлі чи підошви (у вертикальному напрямі) він рівний 1,0; при визначенні бокових зміщення порід k_θ визначають за табл.1;

Малюнок 2 Графіки для визначення типового зміщення порід

k_s – коефіцієнт впливу розмірів виробки, який визначається для покрівлі і підошви за формулою

а для боків – за формулою

де b , h – відповідно ширина і висота виробки в проходці (в метрах);

k_B – коефіцієнт впливу інших виробок, який приймається для одиничних виробок рівним 1,0;

k_t – коефіцієнт впливу часу на зміщення порід. Для виробок, строк служби яких менше 15 років, коефіцієнт k_t що залежить від відношення H_p/R_c і визначається за графіками малюнку 3.

Малюнок 3 Графік для визначення коефіцієнту k_t

Для виробок строк служби яких більше 15 років, k_t = 1,0.

За формулою для визначення “U” знаходяться величини зміщення порід окремо зі сторони покрівлі, підошви і боків виробки.

Як правило, зміщення порід покрівлі переважає зміщення порід боків, тому за звичай навантаження на кріплення розраховують за зміщенням порід покрівлі. Якщо зміщення порід підошви більше 500 мм, то необхідно встановлювати кріплення з оберненим зводом або приймати інші заходи зі зменшення зміщення порід підошви (анкерування, розвантаження масиву і ін.).

Розрахункове навантаження Р на 1 м виробки зі сторони покрівлі і підошви визначають за формулою

де k_n – коефіцієнт перевантаження (за табл.2);

Таблиця 2

U, мм	kn для виробки
	закриваючих	підготовчих
до 50	1,25	1,1
Більше 50, до 200	1,1	1,05
Більше 200, до 500	1,05	1,0
Більше 500	1,0	1,0

k_н – коефіцієнт надійності, який приймається для головних приствольних виробок рівним 1,1, а для решти виробок 1,0;

k_пр – коефіцієнт умов проведення виробок: при комбайновому способі приймають за табл.3, а при буропідривному способі і проведенні виробки по обрушених породах будь-яким способом – рівним 1,0;

Таблиця 3

Hp/Rc	до 16	більше 16, до 20	більше 20, до 25	більше 25
kпр	0,6	0,8	1,0	1,1

в – ширина виробки в проходці, м;

р^н – нормативне навантаження, яке визначається за графіками мал.4 в залежності від зміщення породи U й ширини виробки в проходці в.

Малюнок 4 Графік для визначення нормативного навантаження на податливе кріплення.

Тип кріплення і його несучу здатність вибирають на основі ширини виробки чи площі поперечного перерізу. Для прийнятого кріплення знаходять величину несучої здатності N_s .

Щільність n встановлення рам металевою податливого кріплення з спецпрофілю на 1 м довжини виробки знаходять шляхом ділення розрахункового навантаження P на несучу здатність однієї рами кріплення.

Паспортну щільність встановлення основного рамного кріплення приймають по більшому значенню n з відповідності з табл.5.

Таблиця 4

Переріз виробки в проходці, м2		Ширина виробки в проходці, м		Тип спецпрофілю		Опір кріплення в податливому режимі N, кН в залежності від виду з’єднувальних вузлів				Максимальна податливість , мм
						прямі планки і скоби з різьбою		фігурні планки з ПК і скоби з різьбою		верти-кальна		Горизо-нтална
АРОЧНЕ КРІПЛЕННЯ КМП-А3
до 10	3,2-3,8		СВП-17		100		180		300/360		-
10-15	4,1-4,7		СВП-22		120		200		300/400		-
15-20	5,3-5,9		СВП-27		140		215		300/400		-
АРОЧНЕ КРІПЛЕННЯ КМП-А4
14-17	4,7-5,3		СВП-22		-		200		-/400		-/300
17-20	5,3-5,9		СВП-27		-		215		-/400		-/300
АРОЧНЕ КРІПЛЕННЯ КМП-А5
10-11	3,8-4,0		СВП-19		100		190		600,800, 1000		-
11-14	4,0-4,7		СВП-22		120		200		-//-		-
14-16	4,7-5,0		СВП-27		140		215		-//-		-
16-21	5,0-6,2		СВП-33		230		230		-//-		-

Таблиця 5

Щільність встановлення n рам/м	1 чи менше	1,25	1,5	1,75	2,0	2,25	2,5	2,75	3,0
Кос	1,0	0,9	0,85	0,78	0,7	0,65	0,6	0,55	0,5

Податливість кріплення вибирають на основі максимальних очікуваних зміщень порід покрівлі:

при щільності встановленого кріплення рівній чи меншій 1 рами/м, податливість кріплення приймають за умови

де Δ – конструктивна податливість кріплення, мм (див. табл.4);

U_пок – очікуванні розрахункові зміщення порід покрівлі, мм.

Відстань між рамами (крок кріплення) визначають за формулою

l_р = 1/n, м.