Лекция по МДК.01.01. ОГД на тему: «Бетонная крепь»

Ход занятия

                                                     Занятие № 33

                                             Тема: Бетонная крепь.

                                                      План лекции:

1.Монолитная бетонная крепь, технология возведения.

2.Набрызгбетонная крепь, технология возведения, достоинства и недостатки.

1. Бетонная крепь  — сплошная горная крепь, выполненная из бетона и возводимая с помощью опалубки. Бетонная крепь  применяется в выработках с большим сроком службы, находящихся вне зоны активного опорного давления в породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконов f =1-9. В основном, монолитную бетонную крепь применяют для крепления выработок околоствольных дворов, квершлагов, штреков, капитальных бремсбергов и уклонов, проводимых по слабым породам. Бетонная крепь состоит из фундамента, стен и свода. Стены могут быть вертикальными и наклонными (при большом боковом давлении).

Бетонная крепь представляет собой конструкцию из искусственного камня, полученного в результате затвердения смеси из вяжущего, заполнителя и воды. Бетон слабо сопротивляется растягивающим и изгибающим усилиям, поэтому крепи придают форму, при которой возникают только сжимающие напряжения. В выработках с углом наклона до 40° и коэффициентом крепости вмещающих пород f = 3-9 используют бетонные крепи с вертикальными стенками и сводчатым перекрытием (рис. 1, а), в породах f = 1-2, а также при всестороннем горном давлении и пучащей почве крепи выполняют замкнутыми, с обратным сводом (рис. 1, б).

Рисунок 1- Бетонная крепь: а - с вертикальными стенками и сводчатым перекрытием; б - с обратным сводом

При горном давлении, достигающем 490 кПа, а также в выработках с углом наклона более 75° бетонным крепям придают круглую или овальную форму и снабжают коническими опорными венцами, устанавливаемыми, как правило, через каждые 30-60 м.

Бетонная круглая крепь (рис. 2, а и г) представляет собой монолитный цилиндр, плотно примыкающий своей внешней поверхностью к окружающим горным породам, с толщиной стенки 20—25 см и более в зависимости от величины горного давления и диаметра выработки. Бетонную сводчатую крепь (рис. 2, б и в) применяют в горизонтальных и наклонных (до 30—35°) выработках при средней крепости и крепких (не пучащих) породах в почве; при наличии бокового давления стенки сводчатой крепи изготовляют криволинейными. Монолитные бетонные крепи представляют собой конструкцию жесткого типа.

Рисунок 2 – Крепи капитальных выработок: а – бетонная круглая крепь вертикального ствола (продольный разрез); б и в – бетонные монолитные сводчатые крепи горизонтальных выработок; г – бетонная монолитная сводчатая крепь горизонтальной выработки.

При возведении крепи из монолитного бетона устанавливают опалубку, заливают вначале фундамент, затем стены и в последнюю очередь свод. Работы по бетонированию ведут на участке, длина которого зависит от технологической схемы проведения выработки. Для разделения процессов выемки горной массы в забое и крепления выработки бетонную крепь возводят с отставанием от забоя на расстояние до 20 м. Толщину стенок крепи обычно принимают равной 0,25—0,35 м.

В почве выработки предусмотрено формирование бетонного фундамента. Для этого необходимо производить выемку определенного объема породы с применением взрывных работ вдоль боковых сторон горной выработки. Эти работы требуют значительных затрат труда, а поскольку необходимо применять взрывы зарядов ВВ, то возникают и другие отрицательные факторы. Взрывание зарядов ВВ, кроме дополнительных экономических затрат, привносит некоторую опасность с точки зрения воспламенения пылегазовой атмосферы, создают условия образования системы трещин в боках выработки и за счет этого снижение устойчивости породных обнажений. Фундамент бетонной крепи заглубляют в почву выработки на 50–100 см.   В некоторых случаях при возведении монолитной бетонной крепи не применяют фундамент, но в этом случае при длительной эксплуатации горной выработки за счет воздействия бокового давления со стороны породного массива может произойти разрушение крепи.

Основные операции возведения бетонной крепи: приготовление бетонной смеси, доставка её к месту работ, сооружение опалубки, подача, распределение и уплотнение смеси в опалубке. В выработках с постоянным сечением и большой протяжённостью применяют, как правило, передвижную или инвентарную сборно-разборную металлическую опалубку. Бетонную смесь готовят главным образом централизованно на поверхности, доставляя к месту укладки в специальных контейнерах или по трубам, а за опалубку укладывают механизированным способом с помощью бетоноукладчиков с помощью сжатого воздуха (рис. 3). Бетонирование производят секциями по 5- 6м.  Бетонные крепи возводят обычно с некоторым отставанием от забоя  - не более 20. Бетонная крепь позволяет эксплуатировать выработку длительное время. Однако этот вид крепи дорогой, требует использования специальных материалов, (цемента, песка, щебня). Возведение и разборка опалубки производятся вручную и требуют значительного времени.

Толщина бетонной крепи зависит от размеров выработки и крепости пород. В горизонтальных и наклонных выработках толщина свода в замке — не менее 17 см, стены — не менее 20 см, в вертикальных выработках толщина стены не менее 30 см.

Рисунок 3 – Возведение бетонной крепи

2. При креплении выработок все шире применяют безопалубочные виды бетонирования — набрызгбетонирование и торкретбетонирование, при которых слой бетона на поверхность выработки наносят с помощью специальных машин. Набрызгбетонную крепь используют как самостоятельную крепь в выработках, расположенных в породах с коэффициентом крепости f>6. При меньшем коэффициенте крепости она сочетается с металлической сеткой, арками или анкерной крепью. Сущность набрызгбетонной крепи заключается в нанесении из сопла на поверхность горной выработки бетонной смеси отдельными слоями - сначала 3-5 см, а после его затвердения следующий слой и т.д. Толщина слоя набрызгбетона определяется расчетом и обычно варьирует в пределах от 3 до 15 см. Толщина принимается одинаковой по всему периметру выработки. Существенным недостатком, при этом, является то, что до 25 % разбрызгиваемой смеси, а иногда и более теряется в виде отскока от стенок выработки.

Набрызгбетонная крепь возводится в крепких трещиноватых породах для предохранения их от выветривания и предотвращения от отдельных вывалов. Для получения набрызгбетона используется цемент и песок при их соотношении 1:3 до 1:5 и мелкий щебень. Цемент рекомендуется марки не ниже 400. Нанесение набрызгбетонного покрытия при креплении подземных выработок должно выполняться специализированной бригадой, имеющей в своем составе опытного крепильщика, на которого возлагается операционный контроль (контроль качества выполнения всех технологических операций по нанесению покрытия). На поверхность выработки набрызгбетон наносят с помощью специальных пневматических укладчиков Набрызгбетонное покрытие наносится на кровлю и стенки выработки с помощью одно- и двухкамерных роторных бетономашин БМ или шнековых бетономашин ТП. На базе двухкамерной машины БМ-60 создан комплекс оборудования «Монолит-1», в состав которого входят вагонетки с лобовой разгрузкой (при помощи опрокида), ленточный перегружатель, гидроцистерна и сместитель с соплом. Она достаточно надежна в работе, позволяет механизировать процесс крепления, что обеспечивает уменьшение сроков сооружения выработки и снижение затрат на проходку.

Возведение набрызгбетонной крепи производится также с помощью бетоноукладочного комплекса БУК-2 или БУК-3. Бетоноукладочные комплексы предназначены для механизированной укладки бетонной смеси за опалубку и широко применяются для нанесения набрызгбетонной крепи — для безопалубочного бетонирования. При использовании комплекса БУК-2 для набрызгбетонного покрытия сухая бетонная смесь доставляется в рудничных вагонетках 1 и грузится грейферным грузчиком 2 в бетономашину 3, из которой по гибкому шлангу — бетоноводу поступает в сопло 4, где затворяется водой из водяной магистрали 5 (рис. 19.9).

Комплекс БУК-2 имеет пульт управления 6, что значительно упрощает работу.

Набрызгбетонная крепь имеет ряд достоинств по сопоставлению с остальными видами крепей:  экономия материалов: бетона и арматуры; значительное сокращение трудозатрат; увеличение срока эксплуатации горной выработки; незначительное уменьшение поперечного сечения  выработки; существенное снижение объёма проходческих работ, благодаря уменьшению толщины крепи; высокий уровень механизации процесса крепления обеспечивает увеличение производительности труда проходчиков-крепильщиков в 2-3 раза. Эта крепь обеспечивает высокую плотность и крепость при относительно небольшой толщине, что допускает понизить цену крепления на 30—40% по сопоставлению с обыкновенной цементной крепью, объем вынимаемой породы понижается на 15-20%, она имеет не плохое сцепление с близлежащими породами; проникая в трещинки приконтурного массива пород, песчано-цементная смесь делает его крепким и цельным. Набрызг-бетонная (торкрет-бетонная) крепь обладает универсальной конструкцией, может быть использована и в качестве временной и в качестве постоянной крепи, как самостоятельно, так и в сочетании с анкерами и арматурной сеткой; даже небольшой слой набрызг-бетона надежно предохраняет горные породы от разрушения внешними агентами (в основном, от воздействия кислорода), в результате чего породы сохраняют свои свойства неизмененными на длительный срок. В обычных условиях прочность пород с течением времени может падать до 60-70% от первоначальной прочности. Поэтому набрызгбетонная крепь является весьма перспективной.

К недостаткам набрызгбетонной крепи можно отнести ограниченную область применения, огромные потери цемента (до 20%) в итоге отскока при нанесении набрызгбетона на породные стены.

Составные части торкретбетона: портландцемент, кварцевый песок с крупностью зерен не более 5 мм и вода. Цемент и песок перемешиваются в цементной пушке и при выходе из сопла смачи­ваются водой. Скорость вылета мокрой смеси составляет более 100 м/сек. Поверхность выработок должна быть очищена от грязи до нане­сения на нее торкретбетона. Последний наносится слоем толщиной 6-7 мм. Обычно наносят 2-3 слоя. Заторкретированную поверх­ность выработки в течение 14 дней периодически поливают водой для получения более качественного торкретбетона.

Набрызгбетон отличается от торкретбетона более крупным запол­нителем (размер до 25 мм) и наличием специальных ускорителей схватывания и твердения. В качестве ускорителя применяют фтори­стый натрий и калий в количестве 1-3% от веса цемента. Ускори­тели позволяют смеси схватываться через 2-3 мин после нанесения слоя.

Рисунок 5 -  Нанесение бетонной оболочки

Рисунок 6 -Машина по нанесению набрызгбетона

Рисунок 7 -Бетоносмеситель 202 DS с донной разгрузкой и загрузочным ковшом

Рисунок 8 – Ленточный транспортер