Для сохранения формы поперечного сечения и размеров горных выработок их обычно крепят. Вид крепи и материал, из которого ее изготовляют, зависят от величины и направления давления горных пород, что, в свою очередь, определяется свойствами боковых пород и размерами поперечного сечения выработки. Чем меньше выработки и чем крепче боковые породы, тем меньше давление на крепь.
Крепь бывает деревянной, металлической, каменной, бетонной, железобетонной и смешанной.
Крепежные материалы и их классификация. В настоящее время для крепления горных выработок применяют следующие основные крепежные материалы: древесину, металл, бетон и железобетон .
Древесина как крепежный материал находит в настоящее время еще широкое применение в угольной промышленности России.
Ее достоинствами являются удобство обработки, установки, а также ремонта крепи. К недостаткам древесины относятся: опасность в пожарном отношении, небольшая механическая прочность и подверженность гниению, а также небольшой срок службы. Срок службы деревянной крепи (из сосны) в неблагоприятных условиях 3—6 мес, в средних 1,5—3 года и в хороших до 5 лет. Основным мероприятием для продления срока службы деревянной крепи является пропитка древесины антисептиками. Чаще всего для этой цели применяют фтористый натрий.
Металл как крепежный материал широко применяется в угольной промышленности России, причем объем применения металлической крепи постоянно увеличивается. Металлическую крепь изготовляют из черных металлов — стали и чугуна, используются также малоуглеродистые стали. В качестве стального проката применяют двутавровые балки, разного рода рельсы и балки специального желобчатого профиля. Металлическая крепь по сравнению с деревянной имеет ряд преимуществ: удобная конструктивная форма, позволяющая регулировать податливость крепи; высокая прочность; возможность повторного использования и относительно большой срок службы — около 10—15 лет. Из всех видов металлической крепи 92% приходится на рамную.
Бетон представляет собой искусственный материал, получающийся в результате затвердевания смеси, состоящий из цемента, щебня, песка и воды. Бетон имеет много разновидностей в зависимости от качества составных его частей, а также способов приготовления. Для крепления горных выработок применяют бетон с соотношением составных частей 1:2:4 или 1:3:5. Это означает, что в первом случае на одну часть (по массе) цемента берут две части песка и четыре части щебня или гравия, а во втором на одну часть цемента берут три части песка и пять частей щебня или гравия. Песок для создания бетонной крепи не должен содержать илистых или глинистых частей, а щебень должен быть приготовлен по возможности из крепких горных пород: гранита, гнейса, базальта, крепкого песчаника, крепкого известняка и т, д. При наличии в смеси вредных примесей их удаляют путем промывки.
Различают тяжелый бетон (плотность 1800 кг/м3 и более) и легкий (плотность менее 1800 кг/м3). Для крепления горных выработок применяют тяжелый бетон. Бетон обладает ценным свойством с увеличением срока службы его прочность увеличивается: через год примерно в 1,5 раза, а через 8 лет в 2 раза.
В зависимости от количества воды в смеси различают бетон жесткий, пластичный и литой. Первый содержит 6—6,5% воды от массы сухой смеси. Этот бетон применяют обязательно с тщательной трамбовкой. Второй содержит 6,5—8% воды от массы сухой смеси. Этот бетон требует меньшего уплотнения, его применяют для приготовления железобетона. Третий содержит 8 10% воды от массы сухой смеси, он называется литым бетоном, так как при укладке вообще не требует уплотнения. Бетон от лично работает на сжатие и в меньшей степени на растяжение и изгиб. Для горной крепи применяют бетон марок 100, 150, 200 и 300.
Достоинством бетона как крепежного материала является высокая прочность на сжатие, долговечность, огнестойкость, относительно низкая стоимость и возможность хорошей формовки.
К основным недостаткам возведения крепи из бетона в шахте относится трудоемкость процессов, а также то, что бетонная крепь до затвердевания бетона не воспринимает на себя горное давление. Бетонная крепь широко применяется для крепления вертикальных, наклонных и горизонтальных выработок с установившимся горным давлением, а также камер и других около-ствольных выработок. Срок службы бетонной крепи неограничен.
Tоркрет-бетон является разновидностью бетона, он состоит из цемента и мелкого заполнителя — песка. Песок для получения такого бетона берется чистый, кварцевый с зернами размером 0,35—5 мм. Количество воды составляет около 10—12% массы сухой смеси.
Железобетон представляет собой соединение стали и бетона. Сталь имеет большое сопротивление при разрыве, а бетон — при сжатии. Объединение двух материалов стали и бетона дает возможность получить крепежный материал с весьма высокими показателями как при разрыве, так и при сжатии. Все более широкое применение в качестве крепежного материала в горной промышленности вообще и в угольной, в частности, получает сборный железобетон.
Анкерная или штанговая крепь применяется в очистных и подготовительных выработках как в качестве самостоятельной крепи для удержания пород непосредственной кровли от обрушения без применения стоек, так и в сочетании с другими видами крепи в целях уменьшения горного давления на крепь и снижения плотности крени. Анкерная крепь бывает металлической, реже деревянной и железобетонной. Стержни крепи заводят в специально пробуренные шпуры (скважины) и при помощи распорных головок закрепляют в устойчивых массивах пород. Принцип действия анкерной крепи заключается «в подшивке» слабых пород непосредственной кровли к массиву крепких пород.
В ИГД им. А.А. Скочинского разработаны два вида анкерной крепи: анкерная крепь с закреплением в породах быстротвердеющими химическими составами и крепь винтового типа. Обе крепи предназначены для крепления горных выработок различного назначения и срока службы.
Анкера, закрепляемые химическими составами, в отличие от анкеров с механическими замками, закрепляются по всей длине шпура или значительной его части.
Комплект анкера состоит из стержня с нарезкой на длине 100—150 мм, ампул с химическим закрепителем, уплотнительного кольца, опорной плитки и натяжной гайки. Стержень изготовляется из стали, дерева и других материалов круглого или периодического профиля диаметром 18—25 мм.
Ампула с химическим закрепителем содержит синтетическую смолу, наполнитель и отвердитель. Закрепляющий состав помещается в полиэтиленовую или стеклянную оболочку диаметром 22—36 мм (в зависимости от диаметра скважины), длиной 350—400 мм, внутри которой находится полиэтиленовая или стеклянная ампула диаметром 5—10 мм с отвердителем. Ампулы герметически закрываются или запаиваются.
Анкера устанавливаются в скважинах, располагаемых в соответствии с принятым паспортом крепления. В скважину может вводиться одна или несколько ампул. Для удобства посылки в скважину сразу нескольких ампул применяется специальное шарнирноразъемное устройство (зарядник). Вслед за ампулами вводится армирующий стержень с резиновым уплотнительным кольцом, препятствующим вытеканию смолы. На конец стержня с нарезкой навинчивается насадка, вставляемая в электросверло, при вращении и поступательном движении которой разрушаются оболочки ампул и перемешивается их содержимое. Время вращения насадки 30—40 с, время «схватывания» закрепителя в зависимости от его состава 8—15 мин. Навеска подхватов и опорных элементов производится через 20—30 мин после установки анкера.
Способ механического упрочнения породной толщи кровли горных выработок с помощью крепи винтового типа заключается в бурении на определенную глубину восстающих перекрещивающихся шпуров и ввинчивании в них металлических винтов, имеющих по длине резьбу специального профиля. Наружный диаметр резьбы несколько больше диаметра шпура. Винты устанавливаются в шахматном порядке. Кровля при использовании этого способа упрочняется. Характерной конструктивной особенностью рассматриваемой анкерной крепи является то, что она состоит всего из одной детали — винта.
Паспорт крепления горных выработок. В соответствии с правилами безопасною ведения горных работ каждая выработка должна иметь паспорт крепления, который представляет собой технический документ, состоящий из графической части и пояснительной записки к ней. В графической части показывают поперечный и продольный разрезы выработки, указывают тип и размеры временной и постоянной крепи и другие необходимые данные, а также приводят характеристику выработки и расход крепежных материалов на 1 м выработки.
В пояснительной записке содержится характеристика боковых пород, а также обоснование выбора типа и конструкции крени. Паспорт крепления утверждает главный инженер шахты. При изменении геологических условий паспорт необходимо пересмотреть. Проведение горных выработок без утвержденного паспорта крепления запрещено.
Главная