Подготовительные выработки. Пощади сечений и виды крепи

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Подготовительные выработки. Пощади сечений и виды крепи

14.12.2019

В соответствии с действующими в угольной промышленности формами статистической отчетности все подготовительные выработки подразделяют на вскрывающие, подготавливающие и прочие.

К вскрывающим выработкам относят стволы, шурфы, выработки околоствольных дворов, штольни, квершлаги (главные, этажные, горизонтальные, промежуточные) и гезенки (независимо от их назначения).

Подготавливающие выработки включают горные выработки, проводимые во вскрытом шахтном поле, последовательно разделяющие пласт в пределах шахтного поля (блока) на крылья, бремсберговые и уклонные поля, панели, этажи, подэтажи, выемочные поля или ярусы. К ним относят все штреки, бремсберги и уклоны, скаты. Подготавливающие выработки, имеющие сопряжения с очистными выработками или соединенные с ними сбойками, принято называть выемочными.

К прочим горным выработкам отнесены нарезные - разрезные печи, служащие для монтажа очистного оборудования; углеспускные, ходовые, вентиляционные и другие печи, просеки, орты; сбойки, пройденные по углю, ходки из служебных камер.

В настоящее время на угольных шахтах наибольшую долю занимают крепи арочной формы (79%), на долю крепей с плоским перекрытием приходится 20% и круглой - 1%. Доля выработок с плоской кровлей, преобладавших ранее, только за период с 1971 по 1988 г. уменьшилась в 2,8 раза. Эта тенденция сохранится и в будущем.

Рост глубины разработки, необходимость сохранения устойчивости выработок после перемещения фронта очистных работ без дополнительной поддирки в условиях повышенной конвергенции, увеличение грузопотоков угля и материалов по выработкам, удовлетворяющим условиям нормального проветривания, обусловило увеличение площадей сечений выработок.

В табл. 1.2 показана динамика роста средней площади сечений подготовительных выработок на угольных шахтах России.

Средние площади сечения всех подготовительных выработок в свету возросли с 6,2 м2 в 1975 г. до 8,5 м2 в 1988 г.
Подготовительные выработки. Пощади сечений и виды крепи

Как видно из табл. 1.2, динамика увеличения площадей сечений тесно связана с использованием проходческого оборудования. Негативную роль в увеличении площадей сечений сыграли комбайны легкого типа, которыми в настоящее время сооружают 85% выработок, проводимых комбайновым способом. Даже при буровзрывном проведении выработок с машинной погрузкой площадь их сечения превышает среднеотраслевой (по вскрывающим и подготавливающим выработкам) показатель в 1,09-1,14 раза, тогда как при использовании комбайнов легкого типа площадь сечения проводимых выработок ниже среднеотраслевых значений.

Планируемое расширение объемов и уровней комбайнового проведения подготовительных выработок благодаря переходу на комбайны среднего и тяжелого типов будет способствовать увеличению площадей сечений выработок.

Основными видами крепей подготовительных выработок на угольных шахтах являются металлическая, деревянная, сборная железобетонная и анкерная. Наибольшее распространение приобрела за последнее время металлическая крепь. Ее применяют в выработках с продолжительным сроком службы и большой площадью сечения. Объем крепления проводимых выработок металлическими крепями неуклонно возрастает. Если в 1970 г. ими было закреплено 37,9% объема всех выработок, исключая нарезные, то в 1988 г. - уже 67,9%.

Деревянную крепь используют в выработках с небольшим сроком службы и малой площадью сечения. В 1970 г. деревянной трапециевидной крепью было закреплено 48,3% годового объема выработок (без нарезных), а в 1988 г. - 3,6%. Снижение объема применения деревянной гранециевидной крепи будет происходить и в дальнейшем.

Применение сборной железобетонной крепи, не получившей и ранее широкого распространения на шахтах отрасли, постепенно снижается с 7,7% в 1970 г. до 1,5% в 1988 г.

Анкерную цепь, интенсивный рост применения которой наблюдается в последнее время, можно использовать как в качестве самостоятельной, так и в сочетании с другими видами крепи. С 1970 по 1988 г. применение анкерной крени возросло с 3,9 до 17,7%.

В табл. 1.3 приведены объемы и доля применения отдельных видов крепи в подготовительных выработках (без учета нарезных) угольных шахт России.

Общий объем крепления всех видов выработок (без нарезных) снизился с 5188 км в 1970 г. до 4550 км в 1988 г.

В зависимости от формы выработки применяют различные конструкции крепи. Выработки с плоской кровлей крепят в основном деревянной или смешанной (металлический верхняк и деревянные или железобетонные стойки) крепями. В последнее время для крепления таких выработок стали использовать металлическую рамную крепь. В выработках арочного сечения наиболее распространенной конструкцией является металлическая арочная трехзвенная податливая крепь из желобчатого спецпрофиля; применяют пятизвенные податливые крепи, испытывают четырехзвенные.

В перспективе найдут широкое применение металлические податливые крепи КМП-А4, MKА, КМП-Т(П), КПС, КМП-У; кулачковые замки и замки ЗПК; железобетонные кессонные затяжки конструкции ВНИИОМШСа, металлические решетчатые затяжки конструкции ИГД им. А.А. Скочинского.

Металлическая арочная крепь КМП-А4 конструкции ИГД им. А.А. Скочинского по сравнению с широкоизвестной трехзвенной крепью типа КМП-А3 (рис. 1.19,а) обладает более высокой несущей способностью, значительно большей вертикальной (до 600 мм) и горизонтальной (до 400 мм) податливостью. Она состоит из четырех элементов равной длины, соединенных внахлестку посредством кулачковых узлов (рис. 1.19,б).

Металлическая арочная крепь MKA конструкции ДонУГИ предназначена для штреков, проводимых по пластам с углом падения 50—70°. Она состоит из двух ножек, наставки, устанавливаемой на ножке со стороны почвы пласта, и верхняка. Ножки крепи взаимозаменяемы. Крепь MKA изготавливают площадью сечения 9,76 и 12,55 м2, из спецпрофиля соответственно СВП-22 и СВП-27. Рабочее сопротивление крепи - 200 кН, податливость 700 и 1000 мм.

Крепь КМП-Т(П) разработана ИГД им. А.А. Скочинского. Рама крепи, состоящая из прямолинейного верхняка и двух податливых стоек, выполнена из спецпрофиля СВП. Боковые стойки можно устанавливать наклонно (КМП-Т) или вертикально (КМП-П). При необходимости может быть установлена третья стойка.

Крепь КПС, разработанную ДонУГИ, применяют для крепления подготовительных выработок в тяжелых горно-геологических условиях (интенсивное пучение пород). Она состоит из верхняка, двух криволинейных или прямолинейных боковых стоек, одной или двух центральных стоек усиления.

ИГД им. А.А. Скочинского создана крепь усиления КМП-У, представляющая собой раздвижную податливую стойку, устанавливаемую под верхняк постоянной крепи выработки. По сравнению с гидравлическими стойками ГС, служащими для тех же целей, крепь КМП-У имеет более низкую стоимость и меньшую массу. Крепь состоит из основания, выдвижной части и кулачкового замка, обеспечивающего их податливое соединение.

Кулачковый замок состоит из П-образной скобы, оси и двух эксцентриковых кулачков с ограничителями поворота. При забивке кулачков создается первоначальное сопротивление крепи, равное 50 60% ее расчетного значения. При смещении пород кровли опускающийся верхняк скользит по боковой стойке и увлекает за собой скобу с осью. Кулачки, поворачиваясь относительно оси, перекатываются по фланцам боковой стойки и самозатягиваются. В дальнейшем крепь работает с постоянным сопротивлением, так как верхняк опускается совместно с кулачковым замком.

Соединительный замок ЗПК конструкции НИИОГРа состоит из изогнутой по внешнему контуру спецпрофиля планки, скобы и двух гаек. Изогнутые планки изготовляют из полосы 16 х 60 или 18 х 60 мм, скобы - из круглой стали диаметром 20 мм (для СВП-17) и 24 мм (для СВП-22 и СВП-27). Замки устанавливают на расстоянии 300 мм друг от друга и на 50 мм от концов соединяемых элементов рамы, образуя податливый узел повышенного сопротивления, которое в зависимости от типоразмера спецпрофиля составляет 90-140 кН, при зажатии 15-30 кН.

Кессонные затяжки конструкции ВНИИОМШСа представляют собой железобетонные прямоугольные плиты, отличающиеся от плоских наличием симметричной выемки с одной стороны и гнутого пространственного каркаса. Масса кессонных затяжек меньше, чем прямоугольных.

Металлическая решетчатая затяжка конструкции ИГД им. А.А. Скочинского представляет собой продольные и поперечные стержни диаметром 5-12 мм, сваренные в местах пересечений.

Конструктивное исполнение и достаточно большие размеры (500х1000 мм) затяжек позволяют возводить межрамное ограждение из них механизированным способом.

Одним из направлений снижения затрат на крепление горных выработок, а также увеличения темпов их проведения является расширение области применения анкерной крепи. Перспективными являются анкерная крепь с закреплением в породах быстродействующими химическими составами (AKX) и анкерная крепь в виде армировочных винтов.

Крепь AKX (рис. 1.20) состоит из стержня, изготавливаемого из металла, полимерных материалов или дерева, ампул с химическим закрепителем, опорной плитки и натяжной гайки. Материалами для изготовления ампул служат легкоразрушаемые стеклянные трубки, полиэтиленовая пленка, бумага. Последовательность установки крепи (I-III) показана на том же рисунке.

В ИГД им. А.А. Скочинского разработан способ механического упрочнения породной толщи вокруг горных выработок армировочными винтами, позволяющими сохранить монолитность горных пород. Способ заключается в том, что в пробуренные на определенную глубину восстающие шпуры завинчивают металлические винты со специальной резьбой, наружный диаметр которой несколько больше, чем диаметр шпура. Внедрение резьбы в стенки шпура обеспечивает надежное сцепление винта с породой по всей его длине, что предотвращает расслоение породной толщи и гарантирует эффективное ее упрочнение.

Основной причиной, сдерживающей широкое внедрение анкерной крепи в самостоятельном виде и в сочетании с арочной, является отсутствие эффективных средств механизации возведения анкеров.


Выбор рациональной формы и конструкции крепи выработки в зависимости от горно-геологических и горнотехнических факторов производят по алгоритму (рис. 1.21,а) с учетом следующих факторов:

- угла падения пласта а, градус;

- прочности пород непосредственной кровли Rc н.кр, МПа;

- плотности пород у, т/м3;

- прочности пород основной кровли Rс о.кр, МПа;

- прочности пород почвы Rсп, МПа;

- глубины разработки Н, м;

- вынимаемой мощности пласта т, м;

- способа охраны и поддержания выработки: в целике (Ц), при повторном использовании (П.И), проведении вприсечку (Пp) к выработанному пространству и проведении выработок вслед за лавой (З.Л) - рис. 1.21,б.

Алгоритм составлен на основании рекомендаций работ и скорректирован с учетом замечаний специалистов ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИМИ, ИПК Минуглепрома России, объединения «Ворошиловградуголь».

В результате использования алгоритмов определяют форму выработки (арочную или трапециевидную) и конструкцию крепи.

Крепь трапециевидной формы применяют при следующих условиях:

1) a < 18°; 30 МПа < Rс и.кр < 60 МПа, способ охраны выработки - в целике;

2) а < 18°; Rc и.кр больше 60 МПа, способы охраны и поддержания выработки - в целике, повторное использование, проведение вприсечку к выработанному пространству.

При всех остальных условиях используют крепь арочной формы. Площади сечения определяют в зависимости от назначения выработки (транспортная или вентиляционная) и размещения в ней транспортных и других коммуникаций, при этом вначале определяют так называемую «транспортную коробку» и соответствующую минимальную ширину выработки на уровне свободного прохода для людей с учетом всех необходимых зазоров, требуемых Правилами безопасности и Правилами технической эксплуатации. По этой «коробке» устанавливают ближайшее большее типовое сечение выработки.

При трапециевидной форме сечения выработки дополнительно учитывают:

- пролет в свету по верхняку более 3 м (до предельной величины 4,2 м) допускается лишь в наиболее благоприятных условиях, при проведении выработок в массиве угля, погашаемых за лавой, при устойчивой кровле и глубине до 600 м;

- во всех остальных случаях при пролете в свету по верхняку более 3 м необходима установка средней стойки с соответствующей корректировкой пролета с учетом требуемых сочетаний габаритов транспортных средств и необходимых зазоров при наличии средней стойки.

При выборе рационального сечения выработки сопоставляется минимальная длина верхняка Lmin с минимальной типовой длиной верхняка Lmin тип.

Результаты сопоставления вариантов «компоновочных транспортных коробок» с типовыми сечениями свидетельствуют о целесообразности унификации площадей сечения выработок в свету после осадки по габаритам транспортных средств на основе типоразмеров:

- для выработок арочной формы-5,2; 6,6; 7,1; 8,9; 11,2; 12,7; 15,5; 22 и 25,5 м2;

- для выработок трапециевидной формы - 6,9; 7,8; 8,7; 9,6; 10,6 и 15,6 м2.

При технологии выемки угля в лаве с полной ликвидацией ниш площади сечения оконтуривающих лаву выработок в свету после осадки должны быть не менее:

- для транспортных выработок арочной и трапециевидной формы -соответственно 12,7 и 10,6 м2;

- для вентиляционных выработок арочной и трапециевидной формы -соответственно 11,2 и 9,6 м2.

Конструкции крепей, рекомендуемых к применению, могут иметь податливость до 300 мм [для арочной формы - KMП-А3, для трапециевидной - КМП-Т (300)] и свыше 300 мм [для арочной формы-КМП-А5, для трапециевидной - КМП-Т (600)].

В выработках с крепью КМП-Т при одной средней стойке допускается увеличение ширины пролета до 4,6 м при наличии в кровле выработки устойчивых монолитных пород.

До массового серийного производства крепей КМП-А4 допускается применение крепей КМП-А5 в выработках соответствующих площадей сечений.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: