Лекция 6. Крепление вертикальных выработок

1. Способы крепления вертикальных выработок.

Крепление вертикальных выработок круглой формы (стволов) при обычном способе проходки осуществляется чаще всего монолитным бетоном. В устьях и на участках слабых обводненных пород, проходимых специальными способами, возводят металлическую тюбинговую крепь. Кроме того, в зависимости горно-геологических условий вертикальные выработки по всей длине могут закрепляться железобетонной монолитной, тюбинговой и набрызгбетонной крепями, а также временной штанговой (анкерной) с последующим усилением ее постоянной бетонной или набрызгбетонной крепью.

При выборе конструкции и материала крепи стволов исходят из анализа детального изучения геологических характеристик пород и условий их залегания (угол падения, трещиноватость и др.). По результатам исследований основных физико-механических свойств вмещающих пород определяют прочность, угол внутреннего трения, модуль упругости, пористость и другие характеристики массива. Все эти данные получают на базе изучения геологических материалов, выявленных в результате бурения контрольных разведочных скважин. Также весьма ценным и достаточно достоверным материалом при решении вопроса выбора конструкции крепи и особенно ее толщины является обследование и изучение состояния крепи раннее сооруженных в аналогичных горно-геологических условиях вертикальных выработок.

2. Особые требования к проектированию крепи.

Вид и конструкцию крепи вертикальных горных выработок (стволов шахт, разведочных и эксплуатационных шурфов, слепых стволов, вертикальных восстающих и т.п.) выбирают с учетом их назначения, срока службы, условий проведения и эксплуатации, а также технологии сооружения. Важнейшими вертикальными выработками являются шахтные стволы, имеющие обычно срок существования, равный сроку службы рудника или шахты (50-60 лет и более). Выход из строя шахтного ствола приводит к резкому сокращению производственной мощности горнодобывающего предприятия или его полной остановке, поэтому крепь ствола должна иметь повышенную надежность, высокую прочность и долговечность, а во многих случаях – водонепроницаемость, морозостойкость и другие особые свойства. Значительные объемы работ по проходке стволов выполняются при строительстве метрополитенов, канализационных коллекторов, гидротехнических и других технических сооружений.

В стволах шахт обычно применяют монолитные бетонные или железобетонные, реже тюбинговые железобетонные, чугунные или стальные крепи, а при коротком сроке службы (до 10 лет) и благоприятных условиях – деревянные. В последние годы проявляется интерес к прогрессивной крепи из штанг и набрызгбетона. При сооружении стволов по обводненным проводам с высокими напорами применяют двух-трехслойные комбинированные крепи из разных материалов, обеспечивающие практически полную водонепроницаемость. Крепь стволов шахт, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию вертикальных и наклонных смещений в массиве пород, должна иметь в конструкции элементы или узлы, обеспечивающие вертикальную или горизонтальную податливость, либо эластичный контакт крепи с окружающими породами.

В стволе выделяют (рис. 1) устье 1, основную часть 2, сопряжение с околоствольным двором 3 и зумпф 4. Крепь устья, располагаемая обычно в неустойчивых породах (наносах), испытывает повышенное горное давление, увеличивающееся за счет пригрузки от надшахтных сооружений, поэтому ее проектируют более мощной, чем в основной части ствола.

Рис 1. Общая схема крепления вертикального ствола

Для вертикальных выработок характерно разделение крепи по глубине на участки, называемые звеньями. Размер звена (от 4 до 40 м) зависит от устойчивости пород, вида крепи и способа ее возведения. На нижней границе каждого звена устраивается опорный венец, опирающийся на породу в боках выработки и предназначенный для восприятия веса крепи выше расположенного звена, а иногда и ниже расположенного.

Опорные венцы 5 могут иметь одноконусную (рис. 1,б), двухконусную (рис. 4,в) или комбинированную (рис. 1,г) форму. Высоту h ₀ и ширину B опорного венца определяют расчетом. В средних условиях h ₀ =11.5 м; в=0.81.8 м; =3035⁰; =1530⁰. При хорошем сцеплении бетонной крепи с окружающими породами (f 2) опорные венцы можно не устраивать.