Железобетонная крепь

Железобетонную крепь подразделяют на монолитную и сборную.

Монолитная сплошная железобетонная крепьсостоит из бетона, в толще которого размещена металлическая арматура.

Монолитную железобетонную крепь применяют в наиболее ответственных капиталь­ных выработках или их участках при больших нагрузках, в особенности неравномерных.

При возведении монолитной железобетонной крепи горных выработок применяют гибкую, жесткую (рис. 41)и смешанную арматуру. В первом случае в качестве рабочей арматуры используют круглую или периодического профиля сталь диаметром 8—25 мм, а при жест­кой — двутавр, швеллер и рельсы.

При неустойчивых породах, когда установленную при проходке временную крепь уби­рать нельзя, применяют смешанную арматуру. В этом случае временная металлическая крепь служит жесткой арматурой, а у внутреннего контура постоянной крепи монтируют сетку из гибкой арматуры, которую связывают с жесткой.

Достоинства монолитной железобетонной крепи заключаются в большой несущей способности, монолитности, хорошем прилегании к окружающим породам и возможности применения при различной форме поперечного сечения выработок. Вместе с тем такая крепь характеризуется большой трудоемкостью возведения и расходом значительного количества металла (особенно при жесткой арматуре). Поэтому монолитную железобе­тонную крепь применяют сравнительно редко.

Сборную железобетонную крепьможно применять в выработках различной формы поперечного сечения: трапециевидной, прямоугольной, полигональной, арочной, эллип­тической и круглой. Она бывает жесткой и податливой. Элементы ее изготовляют из обычного или предварительно напряженного железобетона индустриальными методами, что обеспечивает хорошее качество изделий и высокую производительность труда.

Крепление осуществляют как в сплошную, так и в разбежку, в последнем случае про­изводят затяжку кровли и бортов выработки.

В настоящее время известно много разнообразных конструкций сборной железобе­тонной крепи. Однако объем ее промышленного применения сравнительно мал, что обу­словлено высокой стоимостью элементов крепи, значительным их весом, относительной сложностью изготовления и отсутствием эффективных средств механизации возведения крепи. Вместе с тем работы по созданию эффективных конструкций железобетонной сборной крепи, технологии изготовления ее элементов и созданию средств механизации возведения крепи ведутся непрерывно, так как она способна воспринимать давление по­род сразу после установки, характеризуется долговечностью и огнестойкостью и снижает расход металла в несколько раз по сравнению с металлической крепью.

По форме поперечного сечения элементы сборной железобетон­ной крепи для подготовительных выработок могут быть: сплошными (прямоугольного, полигонального или круглого очертания), пустотельными (с прямоугольным или круглым отверстием) и открытыми: таврового, П-образного, двухтаврового и рельсовидного сечения (рис.42).

Необходимый контур крепи может быть составлен из прямоли­нейных элементов (рис. 43, а), одновременно из прямолинейных и криволинейных элементов (рис. 43, б) и только из криволинейных элементов (рис. 43, в).

В конструктивном отношении крепь из сборного железобетона можно разделить на два типа: рамную, устанавливаемую вразбежку с затяжками, и панельную сплошную, со­бираемую из плит, блоков или тюбингов. Вес элементов крепи первого типа обычно принимают не более 100—120 кг для возможности их возведения вручную или с приме­нением легких крепеукладчиков. Элементы панельного типа крепи имеют большой вес, и для ее возведения обычно применяют крепеукладчики тяжелого типа.

В зависимости от горно-геологических условий, характера и направления горного дав­ления сборная железобетонная крепь может быть жесткой, податливой, шарнирной, с замкнутым и незамкнутым контуром — трапециевидной, прямоугольной, полигональной, арочной, эллиптической и кольцевой формы.

Прочностные свойства бетона элементов крепи лучше используются при восприятии сжимающих усилий, так как прочность бетона на сжатие в 10 раз больше прочности на растяжение и в 5 раз больше прочности на изгиб. Поэтому для облегчения условий рабо­ты крепи и лучшей устойчивости выработок более рациональны арочные, сводчатые, эллиптические и кольцевые контуры крепи, т. е. составленные из криволинейных элемен­тов.

Сборная железобетонная крепь является одним из основных про­мышленных видов крепи. Только в угольной промышленности ее применение достигает 400 км в год. Она обладает высокой несущей способностью, огнестойкостью и изготовляется в основном из мест­ных строительных материалов с минимальным расходом металла. По сравнению с монолитной эта крепь способна воспринимать горное давление сразу после ее возведения, исключаются «мокрые процессы», улучшаются условия труда проходчиков и снижается стоимость про­ведения выработок.

Для крепления капитальных выработок применяют плиты пусто­телые или ребристые.

Соединения элементов сборных железобетонных крепей могут быть: жесткие, шарнирные с применением вкладышей, шарнирные без вкладышей, шарнирно-податливые, шарнирно-болтовые и др. (рис. 44-47). Наиболее прочными, надежными и удобными при возведении явля­ются: шарнирное без вкладышей и шарнирно-болтовое, которое допу­скает поворот соединяемых элементов на угол 50—55 при высокой прочности соединяемых элементов (до 8—8,5 т).

Арочная шарнирная железобетонная крепь конструкции ИГД им. А.А.Скочинского состоит из отдельных железобетонных арок с шарнирно-болтовым соединением звеньев, устанавливаемых в гор­ных выработках через 0,5—1,5 м (рис. 44).

Большие конструктивные возможности плит УРП, универсаль­ность и типизация позволили освоить крепление выработок больших пролетов, в том числе сопряжений выработок и околоствольных камер.

Универсальная ребристая плита УРПМ(рис. 45) устраняет некоторые недостатки крепи УРП и снижает стоимость крепления выработок сборным железобетоном. Примене­ние таврового сечения (вместо П-образного, принятого в плитах УРП) позволяет уменьшить вес плит УРПМ и расход материалов на их изготовление без снижения несущей способности крепи. Практика показала, что в крепи УРГТ в основном разрушаются цилиндри­ческие вкладыши. В плитах УРПМ такое положение исключается, так как при сплошных монолитных обеспечивается равномерное распределение давления на вкладыши, даже при неточном сопряжении двух смежных плит.

При унификации плит УРПМ сопряжения горных выработок выде­лены в отдельною группу. Разраб­отанные десять типоразмеров плит УРПМ рассчитаны для крепления выработок с пролетом не более 5 м.

Универсальный тавровый элемент крепи УТЭ(рис. 46) также разработан. ВНИИОМШС. Крепь из элементов УТЭ предназначена для крепления гори­зонтальных и наклонных протяженных горных выработок, проводимых в обычных горногеологических условиях, при коэффициенте крепости пород 3 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

В комплект рамы крепи входят универсальные тавровые элементы и фундаментные опорные плиты (башмаки). Универсальные тавровые элементы УТЭ представляют собой тонкостенную железобе­тонную конструкцию таврового сечения. По торцам элементов расположены оголовники сплош­ного прямоугольного сечения с консолями. Оголовники заканчиваются выпуклой цилиндри­ческой поверхностью, на кон­солях имеются вогнутые цилиндрические поверхности несколько большего радиуса. При соединении элементов в раму выступающая выпуклая поверхность одного элемента входит в вогнутую поверхность консоли другого элемента, образуя шарнирное соединение (рис.47). Ширина элементов всех типоразмеров 320 мм, высота элементов 80—120 мм и зависит от их длины.

Для крепления горных выработок всех типовых сечений используются десять типо­размеров элементов крепи УТЭ. Все типоразмеры элементов, кроме УТЭ-2,32 и УТЭ-2,47, могут быть использованы в качестве стоек, верхняков и подкосов. Элементы УТЭ-2,32 и УТЭ-2,47 используются только как стойки, в связи с чем они отличаются от элементов всех остальных типоразмеров, наличием консоли только на одном конце.

Фундаментная плита (башмак) (рис. 48) представляет собой железобетонный эле­мент С-образной формы. Основные размеры плиты: ширина 170 мм, толщина 60 мм, длина 1000 мм.

Железобетонная рамная крепь конструкции ПНИУИпредставляет собой неполные трапециевидные рамы жесткой конструкции (рис. 49), состоящие из двух железобетонных стоек и верхняка. Стойка крепи представляет собой железобетонный эле­мент трапециевидного сечения с прямоугольным оголовьем на одном конце для сопряжения с верхняком. Верхняк крепи представляет собой балку трапециевидного сечения с переменной высотой. Соеди­нение верхняка со стойкой осуществляется посредством опорной поверхности и упора.

Арматурный каркас верхняка плоский. Железобетонная крепь конструкции ПНИУИ предназначена для крепления горных выработок со сроком службы не менее 3 лет, находящихся в зоне установившегося горного давления, со средними условиями поддержания и при отсутствии пучащих пород в почве. Крепь серийно изготовляют Донским заводом ЖБШК.

Железобетонная арочная шарнирная крепь (рис. 50) из элементов таврового сечения раз­работана ВУГИ. Эта крепь состоит из арок с шарнирным соединением
звеньев и предварительно напряженных железобетонных затяжек между ними. Каждая арка состоит из четырех железобетонных звеньев, соединенных между собой
металлическими болтами. Элементы арки имеют в средней части тавровое сечение и сплошные головки на концах с предусмотренными в них отверс­тиями для соединительных болтов. Шарнирность соединения звеньев и возможность поворота элементов арки относительно друг друга обеспечиваются за счет изгиба соединительных болтов. Такая крепь предназначена для крепления одно- и двухпутевых выработок с установившимся горным давлением.

Сборная безреберная крепь ВСВ-2выполнена в виде четырехшарнирной рамы, состоя­щей из верхней П-образной рамы и двух одинаковых стоек (рис. 51). Элементы крепи имеют прямоу­гольное сечение, чем обеспечи­вается минимальное аэродинами­ческое сопротивление движению воздуха. Крепь изготовляют с обычным армированием сварны­ми каркасами. Особенностью конструкции является возмож­ность транспортирования всей рамы в собранном виде от поверхности до забоя и ее сборки в забое с помощью специальной вагонетки-укладчика. Уменьшение количества составных элементов в раме крепи увеличивает скорость ее установки. Однако в связи с увеличением веса отдельных элементов крепи ее возведение возможно только механизированным способом.

Тюбинговая крепь.Для выработок круглого и арочного сечений применяют также тюбин­говые крепи. Каждый типоразмер тюбинга представляет собой отрезок дуги, вписывае­мый в окружность того или другого диаметра выработки.

Если рамные имеют массу 100-120 кг и возводятся вручную, то сплошные – тюбинговые – 200-500кг и для их возведения применяют различные крепеустановщики.

а – КТАГ - крупноразмерная тюбинговая арочная гладкая; и б- ГТК – гладкостенная тюбинговая крепь.

КТАГ - крупноразмерная тюбинговая арочная гладкая; ГТК – гладкостенная тюбинговая крепь. Отличаются размерами и массой. Площадь сечения выработки в свету от 8 до 26 м². Девять типоразмеров тюбингов. Состоит из тюбингов 1 и полутюбингов 2. Возводят крепь снизу вверх, укладывая тюбинги и расклинивая их временными распорами. После укладки последнего замкового тюбинга арку забучивают равномерно с двух сторон, а распорки удаляют.