2. Технические и экономические требования как основные критерии при оценке конструктивных и эксплуатационных качеств крепей.
В целом, горная крепь должна удовлетворять следующим основным техническим и экономическим требованиям:
выдерживать давление горных пород, не разрушаясь (т.е. быть достаточно прочной), и обеспечивать рабочее состояние выработки ( сохранение формы и размеров поперечного сечения выработки в пределах, необходимых для нормальных условий эксплуатации в соответствии с правилами безопасности) в течение всего срока ее службы;
не препятствовать выполнению производственных процессов, не вызывать технологических осложнений при проведении и эксплуатации выработок;
быть технологичной, нетрудоемкой в изготовлении, транспортабельной, нетрудоемкой при возведении в выработке, надежной в работе, максимально приспособленной для механизации ее возведения и обслуживания в период эксплуатации, оказывать рациональное сопротивление движению воздуха в выработке;
обеспечивать легкую и удобную разборку на отдельные транспортабельные части при ремонте выработок и предусматривать возможность наиболее полного извлечения крепи из погашаемых выработок;
быть огнестойкой, устойчивой против коррозии и гниения;
в тех случаях, когда нагрузки превышают ее несущую способность, деформироваться постепенно, без внезапной потери устойчивости;
иметь минимальное число монтируемых в выработке элементов и деталей, по возможности унифицированных и взаимозаменяемых;
иметь наименьший объем, массу и стоимость материалов крепи;
сумма первоначальных затрат (трудовых и материальных) на изготовление и установку крепи в выработке и затрат на эксплуатацию и поддержание (ремонт) крепи в течение срока службы выработки должна быть минимальной.
Эти требования, общие для всех видов и конструкций крепей капитальных и подготовительных выработок, должны служить основным критериям при оценке конструктивных и эксплуатационных качеств крепей и выборе конструкции крепи для конкретных горно- геологических условий и выработок.
В связи с расширяющимся внедрением средств механизации крепления актуально требование к конструкции крепи – наиболее полно отвечать условиям и механизации работ по креплению, иметь простые по конструкции, легко собираемые узлы и минимальное число собираемых в выработке элементов и узлов.
С точки зрения безопасности важно, чтобы деформирование крепи в случае достижения ее предельной несущей способности происходило постепенно, без внезапного разрушения, с тем, чтобы иметь время для принятия необходимых мер по предотвращению завала выработки, обеспечению безопасности людей, сохранению оборудования.
3. Принципы выбора крепей горных выработок.
Выбор крепи для капитальных и подготовительных горных выработок для поддержания их в конкретных горно-геологических условиях обусловливается и определяется следующими основными исходными положениями и факторами:
видом и назначением выработок (горизонтальные, наклонные, вертикальные, стволы, квершлаги, транспортные и вентиляционные штреки, нарезные выработки и т.д.);
сроком службы выработки. Этот показатель, обусловливаемый видом и назначением выработки, является определяющим фактором при выборе вида крепи. Для капитальных выработок с большим сроком службы используются, как правило, такие долговечные и прочные крепежные материалы, как бетон, железобетон, металл и соответствующие конструкции крепи из этих материалов (сплошные и сборные бетонные и железобетонные крепи, рамные железобетонные и металлические крепи с железобетонными, металлическими или стеклопластиковыми межрамнми ограждениями и т.п.). Согласно Отраслевой инструкции по применению металлических сборных железобетонных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт, вновь проводимые горные выработки с продолжительным сроком службы (откаточные более трех лет, вентиляционные более двух лет), а также в местах, предусматриваемых Правилами безопасности, должны крепиться долговечными видами крепи – металлическими, сборными железобетонными, бетонными и др.;
физико- механическими свойствами горных пород (вмещающих выработки, обусловливающими устойчивость пород, величину и характер проявлений горного давления в выработке (величину и интенсивность сдвижения пород, давление на крепь). Этот показатель является важным определяющим исходным фактором при выборе конструкции крепи и паспорта крепления выработки, а также основных параметров конструкции крепи, таких, как несущая способность (сопротивление крепи горному давлению) и величина конструктивной податливости;
формой и размерами выработки. В выработках криволинейного очертания могут быть применены только крепи криволинейного контура (кольцевые, сводчатые и др.), в выработках же трапецевидного, прямоугольного и других видов прямолинейного очертания нецелесообразны крепи из материала с малым сопротивлением растяжению и изгибу (бетон и др.);
расположением и способом охраны подготовительных выработок. Выработки, расположенные в зоне влияния очистных работ, характеризуемой значительным смещением вмещающих выработки пород и повышенным горным давлением в результате выемки полезного ископаемого, должны крепиться податливыми конструкциями крепи. Выработки, расположенные в неотработанной части месторождения полезного ископаемого (в ненарушенном массиве горных пород), могут крепиться жестскими конструкциями крепи или крепями ограниченной (небольшой) податливости;
экономической целесообразностью. После того как для данной конкретной выработки, исходя из вышеизложенных положений для выбора крепи, будут отобраны виды и конструкции нескольких крепей, которые удовлетворяют предъявляемым к крепям техническим требованиям, окончательный выбор из них наиболее оптимальной конструкции крепи производится по экономическому фактору, который выражается требованием, чтобы суммарные затраты на крепление выработки и поддержание ее крепи в исправном состоянии за период полного срока службы выработки были минимальными.
типоразмер выбранного вида крепи определяют, исходя из требуемого поперечного сечения (в свету) выработки в период эксплуатации с учетом конструктивной податливости крепи и ожидаемого уменьшения ее сечения вследствие возможного смещения боковых пород, а также принимают по имеющимся типовым сечениям горных выработок.