Файл: Воробьев Б.М. Основы технологии горного производства. Введение в специальность учеб. пособие.pdf

§ 1. ГОРНОЕ Д А В Л Е Н И Е

Горные породы в нетронутом горными работами

массиве нахо ­

дятся в равновесном объемном сжатом состоянии.

П р и проведении

пород

в ее окрестностях н а р у

ш а е т с я , и л и , к а к говорят, изменяется

их н а

п р я ж е н н о е состояние. В

результате возникают силы, под дей­

цессы будут протекать до тех п о р , пока равновесие не

восстановится.

Силы, в о з н и к а ю щ и е и действующие в массиве п р и

н а р у ш е н и и

его

равновесного

состояния,

называют

г о р н ы м

д а в л е н и е м .

О действии этих сил в массиве м о ж н о судить

по

п р о я в л е н и я м

горного

д а в л е н и я

в

выработках: по

прогибу

пород

к р о в л и ,

пучению

почвы,

деформациям

крепи, отжиму

у г л я

с

поверхности целиков и

у г о л ь н ы х

забоев

и др . Особыми формами

п р о я в л е н и я

горного давле ­

н и я я в л я ю т с я

горные у д а р ы ,

внезапные

выбросы

у г л я

и

газа

и л и

породы

и

газа .

Ф о р м ы и степень

п р о я в л е н и я горного д а в л е н и я

зависят

от горно ­

геологических

и

технических

факторов .

Н а и б о л е е

существенными

из горно - геологических факторов

я в л я ю т с я физико - механические

свойства

пород,

с т р у к т у р а

горного

массива

и глубина

расположе ­

н и я выработки .

Основными

техническими

факторами,

в л и я ю щ и м и

на

п р о я в л е ­

н и я

горного д а в л е н и я , я в л я ю т с я форма и размеры

поперечного

сече­

н и я

выработки,

к о н с т р у к ц и я

и х а р а к т е р и с т и к а

крепи,

скорость

гих с л у ч а я х

кровле

выработки придают

сводчатую

форму .

В

очень

к р е п к и х

породах

выработки

могут с о х р а н я т ь устойчи­

вость

в течение длительного

времени без

п р и н я т и я

каких - либо мер

породах,

д л я

обеспечения их сохранности и безопасных

условий

работы

в

них

устанавливают искусственные конструкции, н а з ы в а е ­

мые г о р н о й

или

р у д н и ч н о й

к р е п ь ю .

§ 2. К Р Е П И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Основными

материалами

д л я

горной

крепи

я в л я ю т с я

дерево,

металл,

бетон,

железобетон, р е ж е

применяют искусственные

к а м н и ,

иногда

используют

естественные

камни .

Д е р е в о

к а к

материал

д л я

горной

крепи

очень

удобно д л я

изготовления элементов к р е п и

из-за простоты и легкости

обработки .

тия

специальными составами)

элементы деревянной крепи в ш а х т ­

ных

у с л о в и я х

быстро теряют

свою

прочность вследствие г н и е н и я .

М е т а л л

находит все большее

применение д л я изготовления

формы и кольцевой . Применяют сталь специального п р о ф и л я ,

р е ж е

швеллерного

и

двутаврового;

используют

т а к ж е старые

рельсы .

В

очистных

выработках

металлическая

крепь

т а к ж е

вытесняет

деревянную .

Б е т о н о м

крепят выработки, имеющие большой срок

с л у ж б ы .

Это — искусственный

материал,

образующийся в

результате

тверде­

н и я

смеси цемента, заполнителя

(песок и г р а в и й или щебень)

и

воды.

Основной

недостаток

крепи

из

бетона — небольшая прочность

на

р а с т я ж е н и е . Поэтому те части конструкций, в которых

возникают

растягивающие

н а п р я ж е н и я ,

усиливают металлической

а р м а т у р о й .

Т а к о й материал

называют

ж е л е з о б е т о н о м .

Е с л и железобетонную

крепь

возводят путем

установки

в

выра ­

ботке

а р м а т у р н ы х к а р к а с о в

и

заполнения

пространства

между

опа­

л у б к о й и стенками выработки бетонной смесью, то такую к р е п ь

н а з ы ­

вают

м о н о л и т н о й

железобетонной;

если

к р е п ь возводят

из

готовых железобетонных

элементов, то к р е п ь называют

с б о р н о й

железобетонной .

Элементы сборной железобетонной крепи (стойки,

в е р х н я к и )

бывают прямолинейного и криволинейного очертания,

к р у г л о г о ,

таврового

и

прямоугольного

поперечного

сечения.

Д л я увеличения прочности

прямолинейных железобетонных

эле­

усилием в пределах

у п р у г и х деформаций,

а после твердения бетона

и сцепления

его

с

арматурой н а т я г и в а ю щ у ю

н а г р у з к у

снимают.

А р м а т у р а , стремясь

сократиться,

создает

дополнительные

сжима ­

ющие у с и л и я

в

бетоне. Т а к о й

железобетон

называют

п р е д ­

в а р и т е л ь н о

н а п р я ж е н н ы м .

Д л я

предварительного

н а п р я ж е н и я

криволинейных элементов

применяют специальные

р а с ш и р я ю щ и е с я цементы. Н а т я ж е н и е

а р м а т у р ы

происходит в резуль ­

тате р а с ш и р е н и я бетона в процессе его твердения .

Т а к о й железобетон

называют с а м о

н а п р я ж е н н ы м .

Б е т о н и т ы

и б е т о н н ы е

б л о к и

—

это искусственные

ной смеси.

Д л я

изготовления бетонитов иногда используют

местные

м а т е р и а л ы

— доменные ш л а к и , горелые породы из ш а х т н ы х отвалов .

К и р п и ч

рекомендуется п р и м е н я т ь среднеобожженный

с пре­

делом

прочности

не менее

150 к г с / с м 2 . К л и н к е р н ы й кирпич

(кирпич

о б о ж ж е н н ы й до спекания)

имеет более высокую прочность, чем обыч­

ный . П р и м е н я ю т

т а к ж е керамические блоки

из обожженной

глины .

Д л я

уменьшения

массы

блоки изготовляют

пустотелыми .

В

зависимости

от вида

основного м а т е р и а л а к р е п и подразделяют

на д е р е в я н н у ю ,

металлическую, бетонную и

железобетонную

(моно­

К р е п ь подготовительных

горных

выработок

по

х а р а к т е р у

своей

работы

бывает ж е с т к о й

и п о д а т л и в о й .

Д е ф о р м а ц и и жест ­

кой к р е п и

д л я

с о х р а н е н и я

н о р м а л ь н о й

несущей

способности

не

д о л ж н ы

выходить за пределы

у п р у г и х , поэтому

ее

устанавливают,

когда

в

массиве,

о к р у ж а ю щ е м

выработку,

п р е к р а т и т с я и л и

вообще

не возникает процесс с д в и ж е н и я горных

пород .

П о д а т л и в а я

к р е п ь

имеет

у з л ы

податливости, б л а г о д а р я

которым

общая величина

сме­

щений

элементов к р е п и может п р е в ы ш а т ь величину

у п р у г и х

дефор­

маций,

причем

н е с у щ а я способность

к р е п и

с о х р а н я е т с я . Поэтому

горным давлением в о к р у ж а ю щ е м

массиве горных пород, в

частности

в в ы р а б о т к а х , р а с п о л о ж е н н ы х в

зоне в л и я н и я очистных

работ.

(вразбежку) . П о

форме

эти к о н с т р у к ц и и

имеют вид, приведенный

на рис . 40:

п р я м о у г о л ь н о й

и л и

трапециевидной

рамы — неполной

(две

стойки и верхняк)

и л и полной (две стойки,

в е р х н я к и лежень) .

Т а к и е

двутавров

и л и

рельсов);

а р к и

и л и

к о л ь ц а с

податливыми,

ш а р н и р н ы м и

или

ж е с т к и м и

у з л а м и

соединения — м е т а л л и ч е с к а я ,

сборная

из

железобетонных

элементов,

бетонитовая,

иногда

д е р е в я н н а я

крепи .

Д л я

п р и д а н и я

рамам

(аркам,

кольцам)

устойчивого

п о л о ж е н и я

при установке в

выработке их

расклинивают:

м е ж д у

элементами

к р е п и (стойками, верхняками) и породными стенками

забивают дере­

в я н н ы е

к л и н ь я ;

м е ж д у

отдельными

рамами

(арками,

кольцами)

устанавливают деревянные распорки; металлические а р к и

и

кольца

соединяют металлическими п л а н к а м и . Д л я п р е д у п р е ж д е н и

я

вывалов

породы к р о в л ю и бока выработки между

рамами перекрывают

з а т я ж ­

ками из деревянных досок, г о р б ы л я

и л и железобетонных

плит;

иногда д л я этой цели применяют металлическую сетку.