Искусственное поддержание очистного пространства

Искусственное поддержание очистного пространства осуществляется крепями или закладкой.

Крепи

Крепи классифицируются по используемому материалу, по конструкции, по принципу действия.

По используемому материалу крепи бывают: деревянные; металлические;

полимерные; минерально-композиционно схватывающиеся (бетонные); комбинированные.

По конструкции крепь бывает (рис.19,а-м): а) простая распорная; б) неполнорамная (неполный дверной оклад); в) полнорамная (полный дверной оклад); г) костровая; д) в виде затяжки пролетов между рамами, арками; е) арочная; ж) набрызгбетонная; з) тюбинговая; и) штанговая (анкерная); к) забивная;

л) венцовая, м) механизированная, а также других видов (монолитная; станковая; органная; каменная; блочная из бетонных блоков; сеточная в сочетании с анкерной; сварная индивидуальной конструкции; комбинированная, сочетающая вышеперечисленные виды.

По принципу действия крепи бывают: жесткие; пассивно податливые (от действия фактической нагрузки); активно податливые (управляемые человеком в соответствии с принятой технологией).

Простая распорная крепь (рис. 24а) — это деревянная стойка или металлическая жесткая или раздвижная крепь с различным поперечным профилем (тавр, двутавр, труба, спецпрофиль). У металлических стоек присутствует пятка, между пяткой и массивом для увеличения сил трения перед распором вставляется (или забивается), как правило, деревянная прокладка.

Неполный дверной оклад (рис. 24б) — рамная конструкция, состоящая из горизонтального (верхняк) и двух боковых элементов (стоек), соединенных между собой специальными замковыми элементами.

Рамы арочной крепи и неполного дверного оклада устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга в зависимости от характера горного давления и устойчивости обнажений. При недостаточной устойчивости пространство между рамами затягивают деревянной доской или металлическим профилем.

Полный дверной оклад (рис. 24в) представляет собой неполный дверной оклад, дополненный горизонтальным нижним элементом — лежнем, предохраняющим пространство выработки от пучения пород почвы.

Костровая крепь (рис.24г) — объемная конструкция, состоящая из накатов, уложенных по вертикали слоями последовательно во взаимно перпендикулярных направлениях.

Накатная крепь (рис. 24д) — горизонтальный участок крепи из параллельно уложенных вплотную друг к другу бревен определенной длины (один слой — один накат).

Арочная крепь (рис. 24е) — крепь, состоящая, как правило, из трех элементов, соединенных между собой специальными замками, степень затяжки которых определяет возможность проскальзывания элементов крепи относительно друг друга.

Набрызг-бетонная крепь (рис. 24ж) широко применяется при креплении горнокапитальных и горноподготовительных выработок. Позволяет исключить вывалы мелких кусков породы. Бетон отличается от обычного отсутствием

щебня крупной фракции и допускает его фракцию до 5-10мм (т.н. «отсев»). Готовится на месте производства крепежных работ. Сухая смесь подается из бункера-смесителя сжатым воздухом по специальному шлангу к стволу-насадке, куда одновременно подается под давлением и технологическая вода. Перемешиваемая в процессе вылета из ствола-насадки сухая цементно-песчаная смесь с водой набрасывается послойно на поверхность укрепляемой выработки толщиной 3-5см (до 10 см в несколько приемов). Несущая способность, как и любого цементно-песчаного состава, набирается на 50% через 3 суток и на 100% через месяц. Процесс в настоящее время высоко механизирован, т.к. применяется специальная техника для такого вида крепления выработок.

Для увеличения прочностных свойств и сопротивляемости различным видам вибрации делается усиленная набрызг-бетонная крепь. Для этого перед нанесением песчано-цементной смеси к укрепляемой поверхности анкерами притягивается металлическая сетка с ячейкой 100х100 или 150х150мм, которая после нанесения и затвердевания раствора выполняет функцию несущей арматуры. Для придания бетону повышенных прочностных свойств на растяжение и на сдвиг в него может добавляться наполнитель в виде металлических или синтетических волокон.

Тюбинговая крепь (рис.24з) — крепь, используемая исключительно при креплении капитальных горных выработок: стволов и отдельных горизонтальных выработок (применяется также при строительстве метро и подземных выработок гражданского и военного назначения).

Тюбинг — металлический (чугунный, стальной) или железобетонный элемент, из которого набирается крепь в форме окружности. Эти элементы стягиваются между собой крупными болтами как по длине окружности (получается кольцо), так и по оси выработки (кольца, сдвинутые по окружности на половину длины одного тюбинга, стягиваются между собой).

Тюбинговая крепь выдерживает огромные нагрузки и применяется в особо ответственных конструкциях и сложных горно-геологических условиях. В особо сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях применяется свинцовая (или иная) зачеканка швов между стягиваемыми элементами для обеспечения полной герметичности создаваемой конструкции. Для этой цели возможно применение цементного теста из специальных, водоотталкивающих сортов цемента.

Штанговая крепь (рис. 24и) — конструкция, устанавливаемая в предварительно в пробуренном шпуре (или скважине) с целью скрепления в единый массив разъединенных трещинами слоев, пластов или кусков породы. Насчитывается несколько видов штанговой крепи:

- анкерная с замками различной конструкции (прямой клиновидный, обратный клиновидный);

- железобетонная (анкер или металлический трос) с последующим заполнением цементным раствором);

- взрывораспорная (полый металлический анкер, распираемый в шпуре минивзрывом);

- полимерная инъекционная крепь (жидкая одно-, двухкомпонентная смесь, нагнетаемая под большим давлением (до 20-30 МПа) в трещиноватые горные породы и застывающая через определенное время;

- стягивающая анкерная или тросовая крепь при выходе несущей конструкции с двух сторон в выработки.

 

Забивная крепь (рис.25) — крепь, применяемая при проходке выработок, заходок при неустойчивых горных породах, вообще не допускающих обнажения поверхности. Применяется в комплексе с полным и неполным дверными окладами при соблюдении специальной технологии установки.

 

Венцовая сплошная крепь (рис.26) применяется при креплении восстающих, шурфов, (ранее – стволов) при малой и средней устойчивости горных пород. При устойчивых породах венцы ставятся в разбежку, разделяясь стойками.

 

Механизированная крепь (рис.27), применяющаяся в комплексе с комбайнами, струговыми установками, представляет собой сложный, металлоемкий и дорогостоящий механизм, состоящий из отдельных элементов. Каждый элемент, в свою очередь, состоит из верхней части — козырька; нижней части — башмака; гидроцилиндра распора - между верхней и нижней частями; узла сопряжения верхней и нижней частей; шагового механизма; гидравлических арматур и шлангов узлов управления перемещением и распором крепи. Элементы механизированной крепи соединены между собой таким образом, чтобы могли перемещаться относительно друг друга с помощью гидроцилиндров перемещения. При подаче давления в гидроцилиндр распора козырек и башмак

 

расходятся в вертикальном направлении и распираются со значительным усилием (десятки тонн) между почвой и кровлей очистного пространства. Для перемещения элемента крепи за перемещающимся забойным оборудованием давление в нем сбрасывается и подается уже в гидроцилиндры перемещения, которые перетаскивают его относительно соседних распертых элементов. Последовательным перемещением элементов осуществляется общее перемещение всей крепи, длина которой может достигать сотни метров. В силу своих конструктивных особенностей крепи могут использоваться в маломощных залежах с размерами очистного пространства до 3-5м. При большей мощности применяется закладка.

Станковая крепь — пространственно- объемная крепь. Станок — объемная конструкция полного дверного оклада во всех направлениях.

Органная крепь — стойки, установленные в один ряд с небольшим расстоянием (или вплотную) между собой.

Монолитная крепь — железобетонная крепь, которая применяется при креплении капитальных выработок. Как и в строительстве, монтируется арматурная плоская или объемная сетка, устанавливается опалубка и заливается бетоном.

Комбинированные крепи предполагают сочетание различных материалов и конструкций. Например, штанговая крепь, металлическая сетка и набрызг-бетонная крепь.

 

Закладка

Сухая закладка — это порода от проходки выработок или дробленая (если таковое требуется) порода с поверхностных породных отвалов. Размеры куска не более 150-200 мм. Доставляется сухая закладка в очистное пространство механизированным и самотечным способами. Усадка сухой закладки со временем может достигать 20-30%, что учитывается при проектировании общей технологии.

Гидравлическая закладка очистного пространства предусматривает доставку мелкофракционных пород в виде песка, мелкой фракции (до 10-15мм) пород, шламов обогатительного производства с помощью воды по специальным трубопроводам (100-250мм) в очистное пространство с дальнейшим отводом воды через специальные водопроницаемые перемычки в нижней части пространства для дальнейшего повторного использования ее в тех же целях. Усадка 5-15%.

Твердеющая закладка — смесь инертного заполнителя (порода, щебень, песок, шлак, отходы обогащения), связующего (молотые доменные шлаки, зола, ангидрит, гипс, специально подготовленные отходы обогатительного производства, цемент) и воды. Эта смесь, приготавливаемая, как правило, на поверхности, подается к закладываемым пустотам по специальным закладочным трубопроводам, имеющим большую износостойкость (чугун, керамика, каменное литье и т.п.). Для уменьшения сопротивления движению закладочной смеси по трубопроводу в нее добавляются еще и пластификаторы (глинистые добавки, мылонафт). Со временем закладочная смесь твердеет и превращается в массив, прочностные свойства которого позволят в дальнейшем вести очистные работы как на поверхности закладочного массива, так и под его горизонтальным или наклонным обнажением.

Прочностные характеристики твердеющей закладки могут колебаться от 0,5 до 1,5 МПа. Несмотря на относительную дешевизну используемых компонентов (кроме цемента, который добавляется в количествах от 50 до 250 кг/м³), стоимость добычи с применением твердеющей закладки достаточно высока, в связи с чем она может применяться при отработке богатых или средней ценности руд. Усадка твердеющей закладки может колебаться от 5-7% до 0% при применении специальных расширителей, поэтому она применяется также в особых горнотехнических условиях (недопустимость нарушения целостности вышележащих пород и дневной поверхности, большое горное давление, большая глубина разработки и т.п.).