§ 5. Металлическая и железобетонная крепь горизонтальных выработок

Металлическую крепь применяют для крепления капитальных и подготовительных выработок с большим сроком службы, проводи­мых в различных горно-геологических условиях и при любой форме поперечного сечения. Металлические крепи просты по конструкции, занимают мало места в выработке, их относительно легко возводить и транспортировать в подземных условиях, а также извлекать для повторного применения.

В настоящее время для крепления горных выработок наиболь­шее распространение получили трапециевидные, арочные и кольце­вые металлические крепи, которые могут быть жесткими, шарнир­ными и податливыми.

При интенсивном проявлении горного давления для крепления выработки целесообразно применять податливую крепь, а при уста­новившемся горном давлении — жесткую. Шарнирную крепь при­меняют при косонаправленном давлении. В этом случае крепь может изменить свою геометрическую форму в соответствии с вели­чиной и направлением горного давления.

Крепежные металлические рамы, арки и кольца устанавливают вразбежку через 0,5-1,2 м; для придания устойчивости в продоль-

ном направлении между ними устанавливают металлические рас­порки. Промежутки между рамами крепи затягивают досками, железобетонными плитами, а закрепное пространство тщательно забучивают пустой породой.

Трапециевидную крепь применяют в капитальных и подготови­тельных горных выработках вне зоны влияния очистных работ в виде обыкновенных или полных крепежных рам, жестких по кон­струкции.

Рамы изготовляют из двутавровых балок или рельсов. Стойки с верхняком соединяют при помощи уголков, накладок, муфт, болтов или литых башмаков. Наиболее часто элементы рам соединяют металлическими башмаками конструкции Гипроуглемаша. При сла­бой почве стойки устанавливают на стальные опорные плиты или при помощи башмаков — на деревянные лежни.

Преимуществами трапециевидной крени являются простота из­готовления и монтажа. К недостаткам ее относится жесткость кон­струкции и большой расход металла (от 150 до 300 кг на одну кре­пежную раму), меньшая несущая способность по сравнению с арками.

Арочную крепь подразделяют на жесткую, податливую и шарнирную.

Арочную жесткую крепь (рис. 16, а) применяют для крепления капитальных выработок с установившимся горным давлением. Изготовляют ее из двутавровых балок № 14-20, старых железнодорожных и рудничных рельсов. Крепь состоит из двух полуарок, соединяемых в центральной части свода при помощи со­единительных планок и болтов. Отверстия для болтов имеют эллипти­ческую форму, что обеспечивает возможность некоторого смещения болтов при больших нагрузках на крепь. Для придания продольной устойчивости арки соединяют между собой металлическими стяжками.

Жесткую арочную крепь применяют также в качестве временной. В этом случае для ее изготовления используют двутавровый профиль более легкого типа (№ 12-16).

Преимуществами арочной жесткой крепи являются простота конструкции и малые затраты на ее монтаж и демонтаж. Она выдер­живает в 1,5 раза большую нагрузку, чем металлическая трапециевидная крепь при одинаковом расходе металла на раму одного раз­мера. Недостатками являются значительный вес, а также наличие болтовых соединений.

Арочная податливая крепь (рис. 16, б) предназ­начена для крепления подготовительных выработок с большим сро­ком службы в зоне установившегося и неустановившегося горного давления.

Элементы арок изготовляют из балок желобчатого профиля 18 и 27 кг/м. Каждый профиль имеет по два типоразмера. Из первого изготовляют стойки, из второго — верхняки. Элементы арок соединяют внахлестку. Благодаря этому обеспечивается податливость за счет скольжения верхняка относительно стоек. Вертикальная податливость арки составляет 200-300 мм и зависит от степени

затягивания гаек на хомутах. Окончательно гайки затягивают после осадки крепи до предусмотренных проектом минимальных размеров, и она работает уже как жесткая.

Арочная податливая крепь самая распространенная из всех видов металлической крепи. Область ее применения почти неограни­ченна.

Арочную шарнирную крепь применяют в усло­виях значительного сдвижения пород и неустановившегося горного давления. Состоит она из двух полуарок 1 и двух стоек 3 (рис. 16, в). К концам полуарок приваривают башмаки (обхваты), которые обхва­тывают деревянные прогоны 2, образуя шарнир. Полуарки изгото­вляют из двутавровых балок № 14-20 и бывших в употреблении

рельсов. Прогоны могут быть деревянными, металлическими или железобетонными. В качестве деревянных прогонов применяют сос­новые стойки диаметром 19-23 см, длиной 210-270 см.

Одним из недостатков всех арочных крепей является невозмож­ность восприятия всестороннего горного давления. Этого недостатка лишены кольцевые крепи.

По конструкции и принципу работы кольцевую крепь подраз­деляют на жесткую, шарнирную, податливую и тюбинговую.

Наибольшее распространение получили кольцевая жесткая и кольцевая податливая крепи. Первую из них применяют при устано­вившемся, а вторую — при интенсивном развитии всестороннего горного давления.

Материалом для кольцевой крепи служат двутавровые балки № 14—20 и реже — железнодорожные рельсы, а для изготовления податливой крепи применяют спецпрофиль.

Тюбинговую крепь применяют в крайне сложных горно-геоло­гических условиях для крепления выработок с очень большим сро­ком службы.

Железобетонную крепь подразделяют на монолитную и сборную. Монолитная железобетонная крепь состоит из бетона, в толще которого для восприятия растягивающих усилий размещена металлическая арматура — гибкая или жесткая. Для гибкой арматуры применяют круглую или периодического профиля сталь диаметром 8—25 мм; для жесткой арматуры — двутавровый профиль № 12-24.

Достоинствами монолитной железобетонной крепи являются спо­собность воспринимать значительное горное давление и сопроти­вляться растягивающим усилиям. К недостаткам относят трудоем­кость ее возведения и высокую стоимость. Кроме того, в малоустойчивых породах эта крепь в процессе схватывания разрушается и в дальнейшем не может противостоять горному давлению. Этого недостатка лишена крепь из сборного железобетона.

Сборная железобетонная крепь по сравнению с монолитной более быстро возводится и сразу же после возведения воспринимает на­грузку. К недостаткам ее следует отнести значительный расход металла, большой вес элементов и трудность механизации работ по низведению крепи.

Сборную железобетонную крепь по конструкции подразделяют на рамную, арочную, кольцевую, тюбинговую и крупноблочную.