Материалы для крепи выработок

27.12.2016

Для крепления горных выработок используют в качестве основных следующие материалы: дерево, камни, бетон, железобетон, металлы, полимерные материалы. К вспомогательным материалам относят: скобы, крюки, болты, изоляционные материалы и некоторые химические реагенты.
Основной материал для крепи выбирают исходя из стоимости крепи, величины горного давления и срока службы выработки.
Дерево. Достаточно высокая прочность, легкость обработки и сравнительно небольшая стоимость дерева обусловливают его. сравнительно широкое использование в качестве крепежного материала. Однако недолговечность и огнеопасность являются основными причинами постепенной замены дерева другими крепежными материалами на шахтах и рудниках.
В разведочных выработках дерево является основным крепежным материалом, так как перечисленные выше положительные свойства дерева приобретают особое значение, в то время как недостатки при сравнительно небольших сроках и специфике горноразведочных работ не столь ощутимы.
Проходка горных выработок с использованием местных лесных материалов особенно целесообразна.
Для крепления выработок наиболее широко применяют хвойные породы леса (сосну, ель, лиственницу, кедр, пихту), из лиственных пород — дуб, бук, ясень и др. (табл. 40).
Материалы для крепи выработок

С увеличением влажности дерева снижаются его физикомеханические свойства, поэтому не рекомендуется применять свежесрубленные деревья; целесообразно крепь изготовлять из сухого леса с содержанием влаги не более 10—15%.
Срок службы деревянной крепи зависит от породы дерева и рудничной атмосферы; в чистом, сухом и холодном воздухе дерево сохраняет свою прочность лучше, чем во влажном, загрязненном и теплом. В зависимости от атмосферных условий срок службы крепи из сосны меняется от 3—6 мес до 5—7 лет и более.
Уменьшение срока службы крепи объясняется гниением дерева; для предохранения дерева от гниения его пропитывают антисептиками (противогнилостными веществами): водным раствором хлористого цинка, фтористого или кремнистого натрия. Пропитка элементов крепи антисептиками увеличивает срок ее службы в 2—3 раза.
Крепь изготовляют из древесины, не пораженной гнилью и паразитическими грибками, короедами и долгоносиками, не имеющей трещин и искривлений. При заготовке древесину очищают от коры и разделяют по сортам на бревна диаметром более 20 см и длиной более 4 м, стойки диаметром более 12 см и длиной до 4 м, подтоварник диаметром от 8 до 12 см и жерди диаметром от 3 до 8 см.
Пиломатериалы (брусья, пластины, шпалы и доски,) изготовляют из бревен.
Обрезки, остающиеся при распиливании бревен, называют обаполами (для крепления выработок используют обаполы толщиной 15—30 мм, длиной более 0,9 м и шириной 90—200 мм).
В целях экономии во многих случаях крепежный лес. используют многократно.
Камни. Естественные и искусственные камни используют для крепления выработок на горных предприятиях. Естественные камни неправильной формы выкладывают в так называемые бутовые полосы для поддержания выработок, граничащих с очистным пространством.
В некоторых случаях горные выработки закрепляют камнями известняка или гранита, имеющими правильные геометрические формы.
Более широкое применение в качестве крепежного материала имеют искусственные камни (бетонные камни, называемые бетонитами, бетонные блоки, крепежный кирпич, шлаковые камни).
В зависимости от формы закрепляемой выработки бетонитам, бетонным блокам и шлаковым камням придают различную форму; шлаковые камни изготовляют литьем из расплавленных металлургических шлаков, они прочны и дешевле бетонных.
Крепежный кирпич отличается от строительного кирпича более высокими прочностными характеристиками. Крепь из искусственных и естественных камней практически не получила распространения при горноразведочных работах. При сооружении крепи из камней используют растворы вяжущих веществ, наиболее распространенным из которых является цемент. Цементные растворы являются смесью цемента, воды и песка.
Бeтoн и железобетон. Затвердевшая смесь раствора цемента с песком, щебнем или гравием называется бетоном. Бетон, применяемый в шахтных условиях, должен характеризоваться высокой прочностью, плотностью, водонепроницаемостью, стойкостью против коррозии, воздействия кислотных и щелочных вод. Для различных конструкций бетонной и железобетонной крепи используют портландцементы различных марок и шлакопортландцемент. В особых случаях применяют расширяющийся, тампонажный и глиноземистый цементы.
Для изменения свойств бетонов и растворов (подвижности, скорости твердения, водонепроницаемости, долговечности) в их состав вводят различные добавки. Состав бетона обозначают: 1:А:Б, где 1 — одна весовая часть цемента, А и Б — соответственно количество частей песка и щебня или гравия. Для крепи обычно используют бетоны следующих составов: 1:2:4; 1:3:5; 1:3,5:6; 1:2,5:5.
Бетонную смесь рекомендуется приготовлять машинным способом— в бетономешалках; ручное- приготовление бетона допускается при небольших объемах работ (при этом прочностные свойства бетонов снижаются).
Для крепления горных выработок применяют бетон марки 150, 200, 250, 300, 400 и 600 (марка бетона обозначает предел прочности при сжатии (в кгс/см3) бетонного куба с ребром 200 мм после 28 дней твердения). Так как сопротивление бетона разрыву во много раз ниже сопротивления сжатию, то конструкции крепи, воспринимающие растягивающие усилия, изготовляют из бетона, армированного сталью, — железобетона (сталь имеет высокий предел прочности на растяжение).
В зависимости от вида и размеров крепи стальную арматуру монтируют из стержней круглого сечения, проволоки, уголков, швеллеров, рельсов и др.
Бетон и железобетон применяют в виде монолитных и сборных конструкций крепи.
Шприц-бетон (набрызгбетон или торкрет-бетон), состоящий из водной смеси цемента, песка и мелкого щебня, используют главным образом для покрытия породы с целью защиты ее от разрушения или крепи для защиты ее от коррозии или придания огнестойкости.
При горноразведочных работах бетон в качестве крепежного материала используют сравнительно редко, главным образом для крепления устья стволов разведочных шахт.
Металлы и полимерные материалы. Для крепления горных выработок применяют двутавровые балки, швеллеры, уголковую, полосовую и круглую углеродистую сталь; сравнительно широкое применение в последнее время получает прокат специального желобчатого профиля.
Как отмечалось выше, сталь применяют и в качестве арматуры для железобетонной крепи.
В практике горноразведочных работ металлические элементы крепи применяют в основном для крепления шурфов, особенно круглого сечения (уголки, швеллеры, полосовая и прутковая сталь). Высокие прочностные характеристики, относительная простота изготовления элементов крепи и возможность многократного использования являются факторами, определяющими целесообразность применения стали для крепления разведочных выработок. He исключена возможность замены стали в некоторых элементах крепи легкими сплавами, например силумином (сплавом алюминия и кремния).
Полимерные материалы, в частности стеклопласты, испытывались на шахтах в качестве заменителей элементов металлической крепи.
В настоящее время Московский геологоразведочный институт проводит производственные испытания полимерной крепи шурфов, проходимых способом бурения. Использование полимерных материалов для крепления шурфов круглого сечения представляется весьма целесообразным. Обладая высокими механическими свойствами, стеклопласты могут заменить в конструкциях крепи углеродистую сталь. Замена стеклопластами дерева позволяет при сохранении той же прочности уменьшить размеры деталей крепи в несколько раз. Как в первом, так и во втором случае достигается выигрыш в массе крепи, особенно значительный при замене стальных деталей, так как плотность стеклопластов меньше плотности стали в 4 раза.
Винипласт, занимающий по своим прочностным свойствам промежуточное место между сталью и деревом, также может быть использован для крепления шурфов.