ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КРЕПЬ ДЛЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к горному делу, а именно к крепям горных выработок с большим сроком службы, и может быть использована при креплении горизонтальных, наклонных и вертикальных горных выработок преимущественно круглого сечения.
Известна крепь для горизонтальных горных выработок, включающая бесконечный шланг из ткани, снабженный клапанами для заполнения его строительным раствором (бетоном) и резервный барабан (заявка Германии №4037074, кл. Е21 D 11/10, опубликована 27.05.1992 г.). Шланг сматывают с резервного барабана, заполняют его строительным раствором под давлением и спиралеобразно укладывают к стенкам горной выработки. Такую крепь можно укладывать в один или несколько слоев. К недостаткам известной крепи следует отнести низкую надежность крепления, особенно в начальный период, когда раствор еще не затвердел и возможно отслоение шланга с раствором от стенок выработки.
Известна металлобетонная крепь, которую обычно используют в капитальных горных выработках, в основном, в слабых неустойчивых породах, где быстро проявляется горное давление (Баклашов И.В., Тимофеев О.В. Конструкции и расчет крепей и обделок. - М.: Недра, 1979. - С.54-63). В этом случае возводимая на месте железобетонная крепь содержит жесткую арматуру в виде металлических крепежных рам, арок или колец из двутавровых балок. Достоинствами такой монолитной железобетонной крепи являются долговечность и большая несущая способность. К недостаткам следует отнести высокую трудоемкость возведения, необходимость плотного прилегания ее к массиву и ограниченная величина ожидаемого смещения пород на контуре (до 50-70 мм).
При использовании в качестве арматуры обычной металлической крепи (арки, балки и т.д.) указанных недостатков избежать не удается,
т.к. эти крепи не исключают расслоения пород и подвержены высоким нагрузкам со значительным смещением пород (до 300 мм), что ухудшает условия работы и показатели металлобетонной крепи.
Одним из существенных недостатков такой крепи является необходимость плотного контакта ее с окружающими породами, чего в известных крепях достигнуть не удается.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение несущей способности крепи за счет создания плотного контакта крепи со стенками выработки.
Предложена железобетонная крепь для горных выработок, включающая металлическую арматуру в виде секций крепи и бетон заданной толщины, вмещающий указанную арматуру.
Отличие заключается в том, что в качестве арматуры используют секции винтовой крепи, предварительно установленные в выработке и обжатые относительно ее. Отличием является также то, что в качестве арматуры используют секции винтовой крепи с углом подъема винта 2-10° и длиной, равной шагу винта.
Конструкция металлической винтовой крепи, используемой в качестве арматуры, приведена в книге Эллер А.Ф., Горбунов В.Ф., Аксенов В.В. Винтоповоротные проходческие агрегаты ("Новосибирск: Наука, СО РАН, 1992. - С.188-189). Для установки в выработке известной винтовой крепи используют систему каналов, образуемых за контуром выработки винтоповоротным агрегатом, что позволит разгрузить приконтурную зону от нормальных напряжений и снизить нагрузки на крепь. Следует отметить, что на практике известная винтовая крепь не применяется, т.к. винтоповоротный проходческий агрегат был изготовлен и испытан только в виде экспериментального образца и дальнейшие работы над ним были прекращены. Преимуществом известной металлической крепи является, при условии ее использования в виде отдельных секций, малоэлементность, сокращение нагрузок на крепь и возможность изменения плотности установки секций крепи по длине выработки в зависимости от изменения горно-геологических условий. Проведенными
исследованиями установлено, что секционная винтовая крепь может быть использована для крепления выработок, пройденных обычными проходческими комбайнами, а использование ее в составе железобетонной крепи позволяет обеспечить надежность крепления выработок, пройденных в сложных горно-геологических условиях (зоны нарушений, слабоустойчивые породы и т.д.). За счет предварительного обжатия секций крепи в выработке обеспечивается плотное прилегание их к окружающим породам, исключается расслоение прилегающих пород и снижаются нагрузки на железобетонную крепь. Предлагаемая крепь за счет применения предварительно обжатой относительно стенок выработки арматуры позволяет исключить такие крупные недостатки бетонных и железобетонных крепей, как невозможность восприятия нагрузок ими сразу же после возведения и неудовлетворительная работа при неравномерных нагрузках.
Сущность полезной модели поясняется примером исполнения и чертежом, где на фиг.1 показано возведение железобетонной крепи в выработке, на фиг.2 - секция винтовой крепи, используемая в качестве арматуры.
Выемку породы при проведении горной выработки 1 осуществляют механизированным проходческим щитом 2. Установку секций 3 винтовой металлической крепи осуществляют непосредственно за щитом без крепления затяжками. Каждая секция винтовой крепи состоит из трех звеньев 4 одинаковой длины, жестко соединенных между собой с помощью болтов 5. Каждая секция крепи имеет длину, равную шагу винта с углом подъема его 2-10°. После установки производят обжатие секций с помощью металлических клиньев 6, вводимых между звеньями крепи и стенками выработки. В соответствии с винтовой формой секции крепи для ее обжатия используют, например, пять клиньев.
Предварительно обжатая клиньями винтовая секция служит временной крепью, обеспечивает плотный контакт с окружающими породами и создает реактивный отпор на массив сразу после установки. Необходимая
жесткость и реактивный отпор обеспечиваются углом подъема образующей винтовой линии секции в пределах 2-10°.
Возведение постоянной железобетонной крепи производят на некотором расстоянии от щита (15-20 м). Для этого возводят очередную секцию опалубки 7, перемещая ее по мосту 8, и подают в пространство между стенками выработки и опалубкой по бетоноводу 9 бетонную смесь. Таким образом, секции винтовой крепи замоналичиваются в бетон и являются предварительно напряженной арматурой монолитной железобетонной крепи 10.
Операции проведения выработки, установки секции временной крепи в виде изогнутого по винтовой линии стержня и возведения постоянной железобетонной крепи могут быть совмещены во времени и осуществляться независимо друг от друга.
Применение полезной модели позволяет получить следующие преимущества:
возможность восприятия нагрузок непосредственно после возведения железобетонной крепи, что дает возможность использовать ее в сложных горно-геологических условиях, когда известные крепи являются неэффективными;
снижение нагрузок на крепь за счет плотного прилегания ее к стенкам выработки и создания реактивного отпора на окружающий массив;
за счет снижения нагрузок на крепь появляется возможность снизить на 40-60% расход бетона;
отпадает необходимость выполнения работ по чеканке швов между элементами обделки и гидроизоляционных работ по созданию внутренней железобетонной рубашки при строительстве выработок в обводненных породах.