Затяжка и забутовка

В зависимости от способа проведения горных выработок и вида крепи затраты труда на затяжку и забутовку закрепного пространства изменяются от 15 до 40% от трудозатрат возведения крепи.

В России и в зарубежных странах применяют различные конструкции затяжек. На смену деревянных затяжек из обаполов, распилов и колотого леса приходят железобетонные, металлические и пластиковые затяжки.

Карагандинский завод железобетонных изделий выпускает металлические решетчатые затяжки, представляющие собой решетку из. продольных прутков диаметром 8—10 мм и поперечных прутков диаметром 4 мм. Длина затяжек рассчитана на стандартный шаг крепи 0,5; 0,75 и 1 м, ширина 530 мм.

Затяжку MP3 конструкции ЦНИИподземмаша с размером ячейки 60X200 мм из проволоки диаметром 6 и 3 MM выпускают размером 0,1х0,1 и 0,1х0,15 м. Масса одной затяжки 2,4 и 3,6 кг. НИГРИ предложена перспективная конструкция металлической затяжки из просечно-вытяжного листа. Двухкрюковая металлическая затяжка применяется на шахтах ФРГ. Для изготовления затяжек за рубежом применяют гофрированную сталь и другие виды специального проката, а также складные мелкоячеистые проволочные сетки.

Металлические затяжки легко соединяются с элементами крепи и между собой. Трудоемкость возведения их невелика. Установка металлических затяжек также трудно поддается механизации.

В Донбассе прошли испытания опытные партии затяжек из стеклопластика конструкции ИГД им. А.А. Скочинского. Затяжка представляет собой лист стеклопластика корытообразной формы с гофрированной поверхностью в средней части. Размер затяжки 900х330 мм, масса 2,5 кг.

ВНИИОМШСомразраоотана и испытана рулонная затяжка из стеклопластика, производство которой намечено на северодонецком заводе «Стеклопластик». Для возведения данной затяжки в горных выработках институтом разработана установка типа УС. Опытные образцы установок испытаны на предприятиях треста Ростовшахтострой. Хорошие перспективы имеет пневмобалонная затяжка из эластично жестких надувных элементов, выполняющая одновременно функции забутовки.

Большую роль в формировании нагрузок на крепь играет качество забутовки закрепного пространства.

Обследования, проведенные. ВНИИОМШСом, МГИ и ИГД им. А. А. Скочинского, показали, что фактический коэффициент перебора породы при проведении выработок буровзрывным способом составляет 1,14—1,25, а зазоры между крепью и породой достигают 500—600 мм и более.

При ручной забутовке этих пустот забутовочный материал неравномерно распределяется по контуру крепи, а используемые для ускорения работы крупные куски породы и дерева ухудшают работу крепи, создавая сосредоточенные нагрузки. Низкое качество забутовочных работ не позволяет использовать полностью несущую способность крепи и в ряде случаев вызывает необходимость перекрепления горных выработок, что связано с большими дополнительными затратами.

В качестве забутовочного материала на отечественных и. ряде зарубежных шахт и рудников используют щебень или дробленую породу.

Для механизации забутовочных работ ВНИИОМШСом разработано специальное оборудование: забутовочный комплекс ЗK-1 и машина М3-6М.

Забутовочный комплекс ЗК-1 (рис. 18) предназначен для применения в выработках площадью поперечного сечения в свету до 8 м2 при подаче забутовочного материала на расстояние по горизонтали 10—30 м по вертикали 5-7 м. В качестве рабочего органа используется струйное забутовочное устройство СЗУ-1, установленное на салазках. С помощью струйного аппарата за крепь по трубопроводу диаметром 100 мм подается забутовочный материал максимальной крупностью фракций до 50 мм.

Техническая производительность устройства 5—7 м3/ч, а расход сжатого воздуха — 18—22 м3/мин.

При промышленных испытаниях комплекса ЗК-1 к месту работы струйного забутовочного устройства в. вагонетках, с боковыми окнами подвозился забутовочный материал, который разгружался через лоток в бункер устройства, а оттуда по трубопроводу с помощью сжатого воздуха подавался за крепь.

Обслуживали комплекс двое рабочих. За время испытаний на шахте им. В.И. Ленина (п/о Ростовуголь) было уложено около 180 м3 материала на участке протяженностью 60 м.

Забутовочная машина. МЗ-6М предназначена для работы в выработках площадью поперечного сечения более 8 м2. Дальность транспортирования материала по горизонтали составляет 150 м, а по вертикали 8 м. Техническая производительность машины 5—15 м3/ч, расход сжатого воздуха 20—25 м3/мин.

За время испытаний на шахте № 47 (п/о Челябинск-уголь) было уложено около 95 м3 забутовочного материала на участке длиной 115 м. Испытания забутовочных машин показали, что их применение исключает немеханизйрованный труд и уменьшает трудоемкость, а плотность укладки материала в 1,5 раза выше, чем при ручной забутовке. Однако долговечность машин низкая. Применение. машин требует перестройки технологии закладочных работ, подготовки и доставки закладочного материала.

Разработанная НИПИГОРМАШем машина для крепления НБК-1 при заполнении ее бункера забутовочным материалом крупностью до 40 мм может выполнять функции забутовочной машины, совмещая укладку забутовочного материала с операциями бурения или погрузки породы.

Из зарубежного опыта известно, что фирма «Хольтер» и объединение «Глодбек» (ФРГ) специализируются на выпуске ряда эжекторов (рис. 19), внутренний диаметр сопел которых колеблется от 43 до 300 мм. С помощью эжектора забутовочный материал засасывается непосредственно из транспортных средств и подается в закрепное пространство.

На шахте «Берипген» (Бельгия) применяется пневматическая струйная установка КК-140/170. Производительность установки составляет 6—8 м3/ч, дальность подачи по горизонтали 40 м, по вертикали 6 м. Для всасывания закладочного материала с максимальной крупностью 70 мм применяется гибкий шланг диаметром 130 мм и длиной 3 м. Сжатый воздух подводится по рукаву диаметром 50 мм. При работе установки вагонетка. вместимостью 2 м3 опорожняется за 15—20 мин.

После того как ручную забутовку заменили механизированной подачей материала за крепь с использованием установки КК-140/170, скорость проведения горизонтальных выработок на шахте увеличилась в 1,3 раза и достигла 3 м/смену.

В последние годы зарубежные специалисты предъявляют к забутовке более повышенные требования Они считают, что слой забутовки должен образовывать жесткую подушку, чтобы крепь во время деформации не могла бесконтрольно вдавливаться в слой забутовки, а жесткость слоя забутовки на изгиб долита быть достаточно высокой, чтобы после разрушения слоя на крупные куски, он не выдавливался между арками и не подвергал затяжку недопустимым нагрузкам.

В настоящее время названным требованиям удовлетворяет материал, прочность на сжатие которого составляет не менее 10 МПа.

Для этого широко, проводят опыты по заполнению закрепного пространства ангидридом и набрызгбетоном. Закладка из этих материалов обладает необходимыми физико-механическими свойствами. Эти материалы не только заполняют пустоты, но проникают в открытые трещины, существующие в массиве пород, окружающих выработку. По сравнению с ангидридом. бетон более однороден, непроницаем для воды и имеет большую прочность после отвердения. Достоинством ангидрида является то, что он имеет более благоприятный угол естественного откоса и более высокую начальную прочность.

Материал с помощью специальных, устройств или установок для набрызга бетона нагнетается за крепь радиально или параллельно оси выработки. Последний метод допускает полную механизацию операции укладки забутовочного материала и позволяет совмещать эти работы с другими операциями проходческого цикла.

В некоторых случаях на шахтах ФРГ работы по забутовке выполняют в два приёма. В забое рабочие нагнетают легковесный заполнитель бетона с помощью эжектора фирмы «Хольтер», а на расстоянии 100—120 м от забоя другая бригада завершает работы, нагнетая в закрепное. пространство с помощью насоса фирмы «Путцмейстер» под давлением 3—4 МПа вяжущий материал (цемент или зольную пыль).

Для укладки ангидрида фирма Машиненфабрик Карл Бриден унд Ко разработала специальную комбинированную смесительно-транспортную установку производительностью до 9 м3/ч.

Фирма «Юльценёр машиненфабрик» (ФРГ) разработала машину «Ангимат С-61», предназначенную для непрерывного смешивания и подачи ангидридных суспензий, на расстояние до 400 м. По данным изготовителя производительность машины составляет 4,3 m3/h.

В настоящее время данное оборудование проходит опытно-промышленную проверку на шахтах Бельгии, ФРГ, Великобритании и других стран. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что механизированная забутовка закрепного пространства позволяет сохранить несущую способность арочной и рамной крепи при благоприятных горно-геологических условиях.

Затраты на механизированную забутовку закрепного пространства по данным зарубежного опыта оправданы лишь в том случае, если благодаря им отпадает необходимость перекрепления горных выработок.