Арочная крепь с железобетоном

Примером применения такой крепи с высокой несущей способностью может служить дополнительное крепление участкового квершлага выемочного поля «Курл» на шахте «Гнейзенау». Эта мера потребовалась для того, чтобы можно было подработать участковый квершлаг 9 пластом «Рётгерсбанк» мощностью 2,1 м с углом падения 37°. Для усиления жесткой металлической арочной крепи, уже частично деформированной, между ее рамами установили арочные решетчатые фермы, которые были покрыты опалубкой и заполнены раствором ангидрита. При этом выведенные в подкровельную часть опалубки рукава для подачи раствора служили также для уплотнения уложенной смеси. Таким образом была образована железобетонная оболочка толщиной 55 см, полностью прилегающая к приконтурному породному массиву. На участке квершлага, непосредственно примыкавшем к пласту «Рётгерсбанк», приконтурный породный массив был дополнительно упрочнен нагнетанием магнезиальных вяжущих веществ.

Прирост горного давления в зоне подработки квершлага был весьма значительным (рис. 7.11). В южной части квершлага при приближении лавы давление превышало в 2,5 раза нормальную для данной глубины величину однако после подработки оно сократилось до 0,5 первоначального значения. Такие большие изменения напряженного состояния обусловливали разгрузку породного массива, уменьшение сил сцепления между слоями и последующий рост конвергенции в квершлаге. Тем не менее в северной части квершлага, где вертикальное расстояние до пласта было большим, конвергенция составляла всего лишь 15 см, а в месте пересечения квершлагом слабых вмещающих пород, склонных к пучению (у пластов «Ида» и «Эрнестина»), она не превышала 40 см. На участке без усиления арочной крепи железобетоном конвергенция после подработки достигала 60 см, что явилось следствием влияния краевой части по пласту «Рётгерсбанк». Сильный прирост горного давления (120 МПа) вызвал также значительное сближение боков квершлага, доходившее до 90 см. На участке с усиленной крепью сближение боков не превышало 10 см. Лишь в месте засечки штрека по пласту «Ида», где железобетонная дополнительная крепь квершлага была ослаблена, оно составило 80 см.

Помимо геологических факторов и параметров крепи характер конвергенции определяется изменением давления А р. При этом снижение давления при разгрузке массива приравнивается к его приросту. Взаимосвязь между изменением давления Ap и измеренной конвергенцией выражается характеристикой конвергенции в горной выработке или на каком-то ее участке.

На участке квершлага с усиленной жесткой крепью измеренная конвергенция была относительно небольшой (как в северной части с незначительным изменением давления, так и в южной части, где давление изменилось на довольно значительную величину). Максимальная конвергенция составляла всего 45 см, что и определило достаточно крутой подъем характеристики (рис. 7.12). Интенсивность конвергенции равнялась 4,4 см на 10 МПа прироста давления.

На участке квершлага, где крепь не была усилена, в зоне воздействия краевой части пласта характеристика конвергенции была более пологой. Интенсивность конвергенции составляла 17 см на 10 МПа изменения давления. Следует еще принять во внимание то обстоятельство, что из-за проводившегося на этом участке квершлага перекрепления, значительную часть остаточной конвергенции учесть не удалось. Поэтому действительная характеристика должна бы быть еще более пологой. В различии указанных усредненных характеристик конвергенции отражается эффективность мер по усилению крепи квершлага.

За счет армированной бетонной оболочки была создана крепь, несущая способность которой благодаря целенаправленному упрочнению приконтурного породного массива была в несколько раз выше, чем у обычных крепей. Несущая способность крепи участкового квершлага, плотно прилегающая к упрочненным породам, оказалась в условиях шахты «Гнейзенау» настолько высокой, что она смогла воспринять без повреждений нагрузки, создавшиеся при подработке квершлага пластом, находившемся на небольшом по вертикали расстоянии от квершлага.