> Техника, страница 78 > Рудничное крепление

Рудничное крепление

Рудничное крепление, совокупность работ по предохранению горных выработ.ок (смотрите) от обрушений и в связи с этим по предохранению горнорабочих от несчастных случаев. Горные выработки нарушают равновесие окружающих их горных пород, вследствие чего (за исключением случая прохождения в очень крепких породах, когда выработка может стоять без всяких изменений) как правило прилегающие к выработке породы начинают прогибаться, ломаться, растрескиваться и обрушиваться. Явление это, начиная с прилегающих к выработкам пород, постепенно распространяется на вышележащие породы и прекращается лишь тогда, когда деформации достигнут поверхностных слоев или когда вследствие увеличения объёма обрушившихся пород все свободное пространство будет заполнено и породы придут в новое равновесие. Эластичные породы оседают без разрыва сплошности их, не эластичные—разбиваются трещинами на отдельные части, которые при отсутствии крепления стремятся упасть в выработку. Если предоставить разрушению развиваться дальше, то постепенно очертания выработки изменяются, и в породах, окружающих выработки, образуется своего рода естественный свод (фигура 1), который, принимает на себя давление вышележащих пород. Этот свод естественного равновесия ограничивает давление пород на крепь: на. нее давит своим весом лишь порода, находящаяся внутри свода. При крепких породах этот свод более пологий, при слабых—высокий. После проведения горной выработки. н закрепления ее давление пород на крепь выявляется не сразу, а постепенно, усиливаясь в зависимости от скорости распространения деформаций в породах, окружающих выработки. Через определенный промежуток времени это давление на крепь достигает

Фигура i.

максимума, после чего породы приходят в повое состояние равновесия,остатки напряжений в породах исчезают, давление на крепь уменьшается и становится постоянным нормальным давлен и емв отличие от п е р-вичного давления периода перегруппировки напряжений в деформирующихся породах. Оычно, основываясь на данных практики, принимают, что величина давления не зависит от глубины, на которой находится выработка. Однако при более внимательном изучении независимость от глубины, имеющая место в огромном большинстве случаев, не может быть принята безоговорочно. И при очень большой глубине приходится считаться с возрастанием давления, причем в этом случае изменяется самая картина явлений: опоры уступают давлению и начинается выдавливание их в выработку, так что главное давление получается уже не сверху, а сбоку. С этим связано, как признак крайне напряженного состояния, явление стреляния пород, когда с боков (реже в почве и кровле) с треском отскакивают б. или м. крупные куски породы, причем объём отскочивших кусков изменяется, что указывает на сжатое состояние породы. Особый вид давления пород вызывается т. н. поддуванием пород (например вспучивание почвы).

Расчет давления пород. При штольнеобразиых выработках свод естественного равновесия можно допустить (по Про-тодьяконову) цилиндрическим и в сечении своем ограниченным параболой. В этом случае принимается, что на крепь давит своим весом параболический объём породы, имеющий своим основанием потолок выработки и высотою полупролет выработки, деленный на .коэф. крепости пород кровли. Уравнение параболы при начале координат в вершине свода х²=afy, высота параболы Ь=“ и площадь ее S=I аЬ, где х—абсцисса точки параболы, у—ордината ее (направленная вниз), а—половина ширины свода в основании, b— высота свода, f—коэф. крепости пород (для глины f= 1)в кровле. Давление пород на одну погонную единицу выработки можно выразить формулой: _idai

¹ ~ 3 ’

где <5—вес кубич. единицы породы. При сред нем значении <5, равном 2 500 килограмм/м³, давление в килограммах на 1 п. м будет р 10000 а²

3 ’

где а вм. Если кровля выработки не горизонтальна, а наклонна под углом а к горизонту, то Р нужно умножить на cos а (только до угла 60°; при большем угле величину давления можно положить равной такой же, как при угле в 60°). Из последней ф-лы видно, что давление не зависит от глубины, на которой находится выработка. Вес 1 м³ (в килограммах) в массиве (величина <5) для различных пород таков:

Антрацит.. 1 400—1 700

Базальт.. 2 700—3 200

Бурый уголь.. 1 200—1 500

Галечник.. 1 800—2 600

Глина сухая.. 1 500—1 600

Глина свежая.. 1б;о—1850

Твердая глипа.. 1 800—2 600

Доломит.. 2 900

Земля свежая, глинистая, плотно утрамбованная, сырая,шпрнан.. 2 000

Земля сухая.. 1 600—1 900

Земля тощая, сухая. 1 340

Известняк.. 2 460—2 840

Каменный уголь.. 1200—1 500

Каменная соль.. 2 280—2 410

Мел 2 300—2 500

Мергель.. 1 800—2 600

Песок тонкий п сухой. 1 200—i 650

Песок тонкий и сырой. 1 900—2 050

Песок крупный.. 1 400—1 500

Кварц..„ 2 500—2 800

Красный железняк.. 4 500 - 4 900

Гранитные породы.. 2 400-3 000

Песчаник.. 2 200—2 500

Глинистый сланец.. 2 650—2 700

При определении бокового давления (при соответствующих породах) в штольнеобразных выработках прини- ₂

мается,что на крепь * давит не только объём АОВ (фигура 2), но и части (призмы) А АС и BBD и опирающийся на них сводчатый объём АОВ. Среднее боковое горизонтальное давление в килограммах/м² выразится формулой:

P_c=5tg

90-9?

2tg

90-9?

ι + -

, 4 a

где h—высота выработки в м, φ—угол трения боковых пород (tgy=/); значение остальных букв прежнее. Значения φ, f и сопротивление сжатью различных пород приведены ниже в таблице. Engesser для определения давления сыпучих пород на потолок крепи дает следующую формулу:

Р=δα

Htg²

90 -φ

Н tg φ + a tg²

90 — <p

tgf>

где P—в кг/м² горизонтальной проекции выработки, Н—глубина, от поверхности в м, значение остальных букв прежнее; при большом отношении — вместо этой ф-лы можно пользо-

а ваться следующей:

Р=<5«,(tg^-p ctg φ Л-Щ-

Для определения высоты образующегося свода в таких породах, как глина, мергель и тому подобное.

Характеристика крепости горных пород. давления в «г на 1 п. м выработки

^р=^2ад {ш-ή’

где а, Ь в м, с—коэф., зависящий от рода породы (иапр. для крупного песка, гравия с=0,06, для ломких пород—20, крепкой скалы—30). Ф-льт Ritter’а не всегда дают подходящие результаты. Groger из наблюдений над изломом временного деревянного крепления в туннеле на большой глубине вывел заключение, что боковое давление равно одной трети, а в почве— половине давления, наблюдающегося в кровле. Из многочисленных аналогичных наблюдений в шахтах, принимая прочную, а не предельную нагрузку, проф. Протодьяконов пришел к выводу, что рудничное деревянное (средних размеров) крепление в средней прочности породах (коэф. крепости равен 4) выдерживаете,076 килограмм/см²; эти эмпирич. данные совпадают с результатом выведенных им теоретич. ф-л давления. Вывод ф-л давления на стенку шахты основывается на теории давления грунта на подпорную стенку. Проф. Протодьяконов для определения этого давления дает следующую формулу (в кг/ж²):

Р=<Ш tg²^,

где Н—глубина шахты в м, значение остальных букв прежнее.

Крепежные материалы. Материалами для крепления служат дерево, камень и металл. Из древесных пород для крепления применяются сосна, ель, пихта, дуб, ясень,

клен, граб, бук, лиственница, акация (за границей). Лесные материалы делятся на следующие сорта: круглый, пиленый и колотый. Круглый лес в зависимости от размеров—бревно, коротыш, подтоварник, стойка, жердь; пиленый лес в зависимости от формы—пластина, брус, горбыль (обапол), чистые доски (с опиленными краями) и доски обзольные; колотый лес получается обычно путем раскалывания старых поломанных стоек и применяется для затяжки станок подготовительных выработок. Продолжительность службы леса зависит от породы леса и условий, в которых он находится в выработках. В среднем принимают, что крепь из дуба служит 50 месяцев, бука—24, сосны—18, акации—9, белого бука, клена—6. Продолжительность службы дерева значительно увеличивается его предварительной обработкой,которая состоит в высушивании и пропитке .его антисептиками (смотрите Дерево, пропитка); содержание дерева в состоянии равномерной влажности и хорошая вентиляция выработок также предохраняют дерево от гниения. Пропитывание крепежного леса производят без подогревания и с подогреванием, для чего в последнем случае дерево кладут в вмазываемые в печь железные корыта с налитой в них пропитывающей жидкостью и кипятят в течение 20—30 минут. Лучших результатов достигают пропитыванием в особых устройствах, в которых можно производить выкачивание и нагнетание воздуха; в первом случае из дерева выделяются его соки, а при нагнетании воздуха пропитывающая жидкость вгоняется в поры дерева. Наиболее

распространенной для этой цели служит установка завода Рютгерс (фигура 3). Пропитывающая жидкость приготовляется в резервуаре а, в который кладут противогнилостные вещества; по трубке б туда поступает вода, а по трубке в^:—пар; мешй г раствор перемешивается; по трубке д готовый раствор поступает в запасный резервуар е. Воздушным насосом по трубке ж жидкость перекачивается в резервуар з, оттуда по трубе и в котел к и котел л; для подогревания раство-

Кате гории	Степепь крепости	Породы		Козф. крепости	g gg S gS BtJ =	S. <D s· rt Й
I	В высшей	Плотные	кварциты п ба-
	степени	зальты		20	2 000	87°8
	крепкие
II	Очень	Кварцевый порфпр. Нап-
	крепкие	более крепкие песчаники
		п известняки.		15	1 5С0	S6°l1
III	Крепкие	Гранит. Крепкие песчанв-
— -1		ки и известняки.		10	1 coo	84^C1S^/
Ilia	»	Каменноугольп. известняк.		8	8C0	82^c53
IV	Довольно	О бы кновенный каменно-
	крепкие	угольный песчаник.		6	eoo	S0^C32
IVa	Довольно	Песчанистый сланец.		5	500	78°41
	крепкие
V	Средние	Крепкий глинистый сланец		4	400	7δ°58
Та	»	Некрепкий сланец. Плот-
		ный мергель.		3	300	71°34
VI	Довольно	Мягкий сланец. Антрацит,
	мягкие	каменистый· грунт.		2	200	63"26
Via	Довольно	Щебенистый грунт. Разруш.
	мягкие	сланец, крепкий уголь.		1,5	—	56°19
VII	Мягкие	Глина.		1,0	—	45^f C0
Vila	»	Суглинок	Гравий, мягкий
		уголь		0.,8	—	38°40
VIII	Землистые	Растительная земля. Сырой
	породы	песок. Торф.		0,7	—	35°00^/
IX	Сыпучие	Песок.		0,6	—	30^c58
	породы
X	Плывучие	Плывун		0,3	—	16°42
	породы
			Г самый крепкий.	2,0	—	—
			весьма крепкий.	1,8	—	—
		Камеи.	крепкий.	1,6	—	—
		уголь	средний.	1,2	—	—
			мягкий.	0,8	—	—
			самый мягкий.	0,6	—	—

Для ВОДЫ /=0 И φ=0.

Ritter дает такое выражение: Ь=|_с, а для т. э. т. XIX.

ра в котел по трубе .it поступает пар; для выкачивания воздуха служит трубка н; излишний раствор по трубе о поступает в запасный резервуар. Кроме пропитки по Рютгерсу существуют и другие способы, ыапр. Рюпинга, Корба и др. Пропитывающими веществами служат поваренная соль, креозот, карболинеум, хлористый цинк, сулема, фтористые препараты, медный купорос, железный купорос и др. или же смеси из этих веществ. По. опытным данным одного из рудников во Франции увеличение срока службы леса выражается следующими цифрами (за единицу принят срок службы дерева без пропитки): обугленное дерево 2,44; осмоленное—7,42; пропитанное медным купоросом—9,77; железным купоросом—11,11; креозотом—16,36; хлористым цинком — 34,00. Камни для крепления применяются естественные и искусственные. Естественный камень хотя и представляет прочный строительный материал, по применяется довольно редко, так как обработка его стоит дорого. Естественные камни должны иметь однородное и плотное строение, не иметь трещин и обладать свойством хорошо схватываться раствором. Наиболее пригодны для крепления сланцевые породы, известняки, песчаники, кварциты и мелкозернистый гранит. Размеры камней зависят от размеров выработки и местных условий.

К искусственным камням относят кирпич, |етониты. Кирпич употребляется обыкновенный строительный стандартного размера. Цементные камни-бетониты изготовляются нз смеси цемента, песка и мелкого щебня или гразия в различных пропорциях, чаще всего в отношении 1:2:3. Форма и размеры бетонитов весьма разнообразны, чаще всего они имеют клинообразную или искривленную форму. Иногда изготовляются и более сложных форм. Для прочности в бетониты иногда вводят железную арматуру. В последнее время широкое применение получили бетон и железобетон. Из металлов применяются железо, сталь, чугун и как вспомогательный материал в качестве, прокладок при чугунном водонепроницаемом креплении—свинец.

Крепление штольнеобразных и наклонных выработок. Для крепления штольнеобразиых и наклонных выработок применяется гл. обр. дерево; каменное и металлич. крепления применяются сравнительно редко. При деревянном креплении главные выработки (наклонные шахты, квершлаги, основные штреки, бремсберги, уклоны) закрепляются по преимуществу дубовым лесом; в выработках второстепенного значения, срок службы которых не особенно велик (промежуточные штреки, путевые ходки, просеки—«печи») применяется сосновый и других пород лес. Толщина леса, идущего на крепление, зависит от мощности пласта и его падения, прочности окружающих пород и назначения выработок; r выработках главных—толщина леса 13— 20 см, второстепенных—9—15 см. Наиболее простое крепление при небольшом давлении и коротхсом сроке службы выработок—стойка, подбитая между кровлей и почвой выработки, или же горбыль, прижатый к кровле 2—3 такими стойками. Для большей устойчивости нижний конец стойки помещается в небольшое углубление (лунка). Главным видом крепления являются рамы, или дверные о к л а д ы,—полные (фигура 4), состоящие

из двух стоек а (ножек;), верхняка б (переклад, матка) и лежня в Обычно для большей устойчивости стойки внизу разносят в стороны: этим устраняется возможность выпирания нижних концов стоек внутрь выработки. При достаточно прочной почве применяется н е п о л и ы и дверной оклад. В и е л о л-II ы х дверных окладах отсутствует лежень; они применяются при невспучивагощейся почве. Стойки с перекладами соединяются в лапу (при давлении сверху — фигура 5, при давлении сбо-

Фигура 4.

ку — фигура 6), паз (фигура 7), шип (фигура 8) и стык (фигура 9); форма замка зависит от направления давления пород. Пригонка соединения должна быть тщательной во избежание

преждевременной поломки крепи. Для устранения возможности скольжения стойки вдоль переклада (боковое давление) вверху между стойками располагают расколоты (фигура 7)

Фигура 7.

или же к перекладу прибивают пришивины (липуха). По установке рамы она заклинивается клиньями, располагаемыми у замка рамы. Дверные оклады при слабых породах

I ©

ставятся один возле другого (сплошная крепь), в средних породах—на расстоянии 0,7 м, в крепких породах—1—2 метров В наклонных выработках дверные оклады устанавливают с небольшим наклоном в сторону восстания и

с большим «разносом» ножек (разность расстояний между ними по низу и по верху рамы). В зависимости от крепости пород бока и кровля выработки забираются горбылями, а в некоторых случаях тонкими или же раСт

^=—.— ==А
> -.

Фигура 9.

колотыми стойками. При нали-чии прочной почвы и устойчивой породы с одной стороны выработки ограничиваются установкой лишь одной стойки и переклада·—крепление в пол-оклада (крючок, фигура 10). Иногда применяют эластичную крепь в виде перекладов, опирающихся на костры, между бревнами которых засыпана пустая порода. При больших

давлениях переклады усиливают добавочными стойками, подкосами и распираемыми ими подводами; иногда внутри рамы устанавливают различного вида составную крепь (фигура 11). Удачные результаты в услозиях слабых неустойчивых пород дало применение в Подмосковном бассейне канатного крепления. Под канатным креплением подразумеваются обычные дзерные, полные или неполные, оклады, в отдельных своих звеньях подхваченные стальным канатом. По избежание выскакивания каната из гнезд канат обычно загибается по другую сторону кругляка, прикрепляется к нему загнутыми костылями, а между деревом и канатом на расстоянии 0,5 ж подкладываются металлические пластины, загнутые по образующей кругляка во избежание разрезывания дерева канатом (фигура12).11ри разработке тонких жил и при устойчивых породах при креплении штреков часто ограничиваются установкой одних распорок (фигура 15). Нижний конец каждой распорки заделывается в гнездо в лежачем боку на желательной высоте, обычно не менее 1,5 ж от почвы, верхний же конец покоится на подкладке, имеющей целью дать распорке большую опорную площадь. Чтобы при давлении сверху или

движении висячего бока распорки не выпали, они стазятся с некоторым наклоном навстречу возможному движению. Распорки ставятся друг от друга на расстоянии 1,35—1,5 ж. Места-пересечений штреков с квершлагами, бремсбергами, уклонами закрепляются к а м е р н ы-ми рамами особенно прочно. Эти рамы. имеют ббльшие размеры, чем обыкновенные,.

Фпг. 13.

и состоят из стоек а и переклада б (фигура 14). На· переклад б одним концом кладут «крючки» в, другой конец их опирается на стойки г. Поверх перекладов б затягиваются горбыли д. Стойки и переклады для прочности схватываются железными скобами. Иногда для пере-

Для устранения возможности поломки крепи (от первичного давления или давления в больших выработанных пространствах) в некоторых случаях применяют податливое крепление. Податливость, эластичность, крепи достигается: заострением нижнего конца стойки (фигура 15), вставкой в крепь куска мягкого дерева, подсыпкой в лунку под стойку

мелкого угля, установкой оклада на небольшом расстоянии от боков выработки. На одном английском руднике незаостренная стойка держалась 16 дней, заостренная—63 дня. В породах слабых, сыпучих, плывучих применяются забивная и кольев к я крепи, которыми закрепляются выработки или только со стороны кровли или со всех сторон. При потолочной забивной крепи в промежуток между перекладом а (фигура 16) и кровлей во всю ширину выработки забивают с некоторым подъемом колья б из дубовых толстых досок, размерами: длиной 1,3—2,25 м, шириной 15— 23 см, толщиной до 5,5 см. Когда подвинется на половину длины кольев, устанавливают промежуточной дверной оклад в Когда колья забиты на всю длину, устанавливают вспомогательный переклад г, а под ним двер

ной оклад сЬ В промежуток между перекладами забивают следующий ряд кольев. Чтобы колья не разбивались при забивке, на концы их набивают железные оковки. В сыпучем песке или плывуне во избежание прорыва породы не только сверху, но и с бохоз, а иногда и снизу, является необходимость применения полной забивной крепи с защитой кольями выработки со всех сторон. В этом случае выработки защищается щитом из досок, поддерживаемым особыми подпорками. Выработка, пройденная с помощью забивной крепи, немедленно закрепляется сплошной крепью дверными окладами или какой-нибудь другой прочной крепью. При очень тонкозернистом плывуне применяется кольевая крепь. Колья

пирамидальной формы забиваются друг подле друга по всей площади забоя. Для подви-гания забоя колья постепенно забиваются глубже, выпуская понемногу плывун. Таким нее образом крепится в случае необходимости и почва выработки (фигура 17).

Расчет деревянного крепления производится по следующим формулам: давление сверху

(в килограммах) Р=; изгибающий момент для пере клада М=^ Р я; диаметр переклада JJ =

= 1,47 у γ¹ или же D=0,22 а диам. стоек d=1,34 у или d=0,2 a j/~ где а—половина ширины выработки, L—расстояние между дверными окладами, I—длина стойки (все размеры в см), f—коэф. крепости породы, к—прочное сопротивление изгибу материала в килограммах/см² (для дубового леса равнее 80 килограмм/см¹, для соснового—60 килограмм/см²).

Каменное крепление применяется в ответственных выработках, срок службы которых продолжителен. Наиболее устойчиво крепление круглого сечения, но оно менее экономично, чем крепление яйцевидного и эллиптического сечений. Наиболее распространено сводчатое крепление; своды возводятся по кругу, сегменту, овалу и эллипсу. Прямые стены проводятся по шнуру и "отвесу, криволинейные и с откосами—по" шаблонам. Каменная стена с вертикальной лицевой стороной оказывает достаточное. сопротивление только давлению сверху; боковому же давле- · ишо такая стена сопротивляется лишь своим весом, сцеплением растворяй камня и трением подошвы кладки о почву выработки. Поэтому дабы увеличить сопротивление стены боковому

Фигура 18. Фигура 19.

постепенно увеличивать по направ лению к иоч-ве выработок. При слабой почве для предотвращения осадки стен укладывают фундаментные плиты или же устраивают опрокинутые своды (фигура 18), на обращеннргх пятах которых возводятся стены. Выработки при каменном креплении закрепляют временной деревянной крепыо, которую затем при возведении каменного крепления удаляют. Для каменного крепления идет естественный камень-бут, тесаный камень, кирпич, бетон. В случае возведения круглого, эллиптическо го, яйцевидного и сводчатого креплений применяют шаблоны или кружала металлические, а чаще сколоченные из толстых деревянных досок; кружала перекрывают опалубкой из досок. Толщина стен при каменном креплении 50—80 см. На фигуре 19—крепление штрека полуэллиптич. сечения. Наиболее часто применяется бетонное крепление (фигура 20). Толщина бетонных стен 15—40 см, в зависимости от размеров выработки, свойств проходимых пород, срока службы и состава бетона. Обычно применяется бетон состава 1 : 3 : 4; иногда бе-

тон такого же состава идет на своды, а для стен идет более тощий бетон. Приготовленный бетон забрасывают за опалубку, разравнивают н хорошо утрамбовывают деревянными или

чугунными трамбовками слоями в 25 сантиметров толщиной. При бетонировании сводов кружала забирают досками и бетонирование производят сбоку.

Наиболее прочным креплением является железобетонное; оно противостоит как сжимающим, так н изгибающими растягивающим усилиям и хорошо выдер-·,кивает · неравномерные нагрузки. Каркас обыкновенно изготовляется из железных прутьев от 7 до 20 миллиметров толщиною.

Прутья располагают на расстоянии 10—

40 сантиметров друг от друга; прутья в местах при- фигура 22.

мыкания связывают мягкой проволокой толщиной 0,7—1,0 миллиметров. На фигуре 21 показано железобетонное крепление с двойным каркасом по сист. Брейля. Иногда производят крепление бетоном по железным двутавровым балкам, причем кружалами служат куски досок соответствующей формы, поставленные на ребро и обшитые сверху опалубкой. Для прочности под кружала подкладываются железные полосы, опирающиеся на нижние полки балок.

Податливое крепление. Податливость каменной крепи достигается прокладкой деревянных дощечек между камнями (фигура 22: а—прокладка в сводах, б—в стенах) или же путем устройства крепи из составных частей, свободно соединенных друг с другом,

как бы на шарнирах (фигура 23). Податливое крепление необходимо при большом и особенно одностороннем давлении окружающих выработку пород. При конструкции с деревянной прокладкой давлением пород раздавливаются прокладки, благодаря чему крепь получает возможность несколько податься, не разр j таясь. При креплении же из свободно соединенных между собой отдельных частей, последние могут отклоняться, так же не разрушаясь.

Торкрет-бетон. В условиях пород, достаточно прочных (песчаники, известняки и т. и.), не требуется прочного крепления. Зд( сь Естает задача предохранить породы от разрушения (под влиянием воздуха и влаги) нанесением какого-либо защитного слоя.

Эта задача разрешается применением торкретирования (смотрите) — механического нанесения под давлением сжатого воздуха штукатурки из смеси песка И цемента на стенки выработки.

Слой торкрет-бетона хорошо защищает стенкнвыработок от выветривания.

Железное крепление в виду его дороговизны применяется сравнительно "ред-ко-г-там, где деревянное крепление быстро гниет. Для крепления идут обычно рудничные и жел.-дор. рельсы, которые изгибают так, чтобы получались дверные оклады с вертикальными боками и дугообразным верхом, или же составленные из отдельных прямолинейных частей. Такие оклады ставятся на расстоянии ок. 1 метров друг от друга; бока и потолок забирают досками, колотым деревом, кругляками или железом. Железные части соединяют угольниками (фигура 24),муфтами, накладками, башмаками.

Для смешанного крепления применяют комбинации материалов—дерева, камня, железа. Чаще всего применяют крепление из железа и дерева, причем на стойки идет дерево, а на переклады — рудничные рельсы, двутавровые ба-лочки или же железо зетового сечения. Соединение перекла-Фпг. 25. дов со стойками показано на фигуре 25, 26 и 27. При креплении из кирпича и железа, из камня и железа на каменные стенки обычно кладут рельсовые переклады,

I о

О j

о!

Фигура 26. Фигура 27.

а из камня и дерева—переклады из дерева. Податливость смешанного крепления достигается применением деревянных прокладок а в каменных стенах (фигура 2 8, г до б—рельсовый переклад, лежащий на деревянных кругляках в).

Расчет каменного крепления. Общее давление породы, забутки и собственного веса свода в килограммах/сл1²горизонталыгай проекции свода определяется по следующим ф-лам: р=<5 (2 b + е + d)

или

V=δ (у + е + й),

где δ—вес в килограммах/м³ материала свода, породы и забутки, b—высота свода давления в м,

которая м. б. определена по формуле Ь=“,

2а—пролет выработки в проходке, f—коэф. крепости породы в кровле; d—толщина свода крепления в м, е—высота забутки над замком свода. Уравнение параболич. свода давления, отнесенное к вершине (по Протодьяко-

нову):у=~ и высота свода давления Ь=“,

где у—вертикальная ордината, направленная вниз, х—горизонтальная абсцисса, значение остальных букв прежнее. По этим данным свод может быть рассчитан методами строительной механики. Каменное крепление выдерживает почти в 6 раз (5,6 раза) большее давление по сравнению с деревянной крепыо (при /* равных условиях). Для того чтобы запас прочности гарантировал крепление от разрушения при меняющихся условиях (крепость пород и другие факторы), расчетное давление пород принимают вдвое бблыпим теоретического, и кроме того к рассчитанной толщине креп-ления прибавляют запас -γ сантиметров (где /с—прочное сопротивление в килограммах/см² материала крепления). Для расчетов каменного сводчатого крепления применяют также и эмпирйч. ф-лы;

так, подъем свода получают из ф-лы h₀— ~jL (где ?₀—полупролет свода в свету крепи))

Фиг. толщину свода-

.У к

V h_a

-из формулы <2= 4,4 ~т

(значение букв прежнее, все размеры в с.и); полупролет выработки—из ф-лы a=l₀+d+e, где с—толщина забутки, равная 10—20 сантиметров в существующих сводах а в среднем равно1,25 1₀.

Расчет железобетонного крепления. Для упрощения расчетов давление на свод допускают постоянным и вычисляют по том же ф-лам, как и для каменного крепления. Толщина крепления d в любом шве с координатами ж и у (по средней линии) определяется из выражения:

; рх tg а + Г «if-TftH-C)]

d IT + tg² а ^d*

где а—прочное сопротивление сжатью бетона в килограммах/м²; а—угол между касательной в любой точке и осью абсцисс; Т—горизонтальный распор свода в килограммах, вычисляемый по формуле

pi²

Т=(где h—подъем средней линии свода в м, I—полупролет средней линии свода в jit); С—эксцентриситет точки приложения силы Т от средней линии свода в замке в м, вычисляемый по формуле:

рS h

где S—площадь между осью абсцисс и сред ней линией свода в м² (площадь средней линии свода); значение остальных букв прежнее. К вычисленной величине d прибавляют в запас у-, где /с имеет прежнее значение.

Первый член правой части выражения означает напряжение от сжатия, второй—от изгиба; при знаке + получается на одном крае крепления наибольшее сжимающее напряжение σ_ώ при знаке — получается на другом крае наибольшее растягивающее усилие σ_ζ. При расчете каркаса принимают, что все растягивающие напряжения Ζ должны выдерживаться железом (сжимающие—бетоном); они определяются по формуле:

тогда суммарная площадь поперечного сечения железа в см² определится по формуле: 2

TV-_£*__ d

22 (a_d + а_г)

где ζ — допускаемое напряжение железного каркаса на растяжение (ок. 500 килограмм/см²).

Крепление очистных выработок. Крепление в пластовых месторождениях. Крепление очистных выработок в каменноугольных и других рудниках, разрабатывающих пластовые залежи, должен быть просто и дешево в виду короткого срока их существования, почему здесь чаще всего применяется деревянная крепь. Это крепление очистных выработок молено разделить на виды: 1) щицкое и 2) основное. К щицкому креплению относится подбойка стоек щиками или отбойщиками по мере обнажения кровли. Стойки по длине выбираются в зависимости от мощности пласта с нек-рым запасом, чтобы стойку молено было натуго загнуть между кровлей и почвой; с длиною стойки связана и ее толщина. Соответствие между длиной и толщиной стойки обычно таково (в см):

Длина стоек. 100—150 150— ISO 2С0—250 250—300 Толщина ». 9—15 11—17 13—19 15—21

При прочных боковых породах стойка устанавливается непосредственно между почвой и кровлей; обычно нижний конец стойки ставят в небольшое углубление—лунку. При слабой кровле над стойкой под кровлю подводят кусок обапола а— подлапку, а при слабой почве, особенно в крутопадающих пластах, подлапку укладывают и на почву под стойкой б (фигура 29).

Очень часто при слабых породах под кровлю и на почве под стойки укладывают целые обаполы длиною 1—2 метров Если несмотря на наличие обаполов кровля все же осыпается, то под обаполы подводят дополнительную затяжку. В крутопадающих пластах для предупреждения опрокидывания стоек при ползучей кровле или почве стойки устанавливают с некоторым наклоном к плоскости напластования. Расстояние между рядами стоек при устойчивых и крепких породах бывает до 3—4 м, а при средних и слабых—не более 0,7—1 метров Расстояние между стойками колеблется в таких же пределах. Значительно реже имеют у нас применение металлич. стойки, хотя необходимо отметить, что несмотря на высокую стоимость

применение их выгоднее, чем применение деревянных стоек, т. к. металлич. стойки м. б. использованы для работы по несколько раз.

Наибольшее применение получили fee* металлич. стойки податливого типа. Стойка Зоммера (фигура 30) состоит из двух труб а и б, вдвигающихся одна в другую. Сопротивление обусловливается трением, вызываемым зажатием хомута в В стойке Неллена (фигура 31) вставлен деревянный кругляк, под который подкладывают торфяные брикеты, измельченную породу и другие сжимающиеся вещества. В стойке Рейн-гардта (фигура 32) эластичность достигается устройством нижней вставной заостренной части из дерева. Винт а регулирует перестановку стоек. Часто, чтобы достигнуть более плавного оседания кровли, деревянным стойкам также придают податливость заострением нижнего ее конца. Заострение стоек часто выполняется на специальных станках.

Основное крепление. К основному креплению относится крепление забоя кострами и органной кр епыо. К основному

Фигура 30.

Фигура 31.

креплению следует также отнести и заклад-к у. Костер (клеть) часто складывают из стоек, уже бывших в употреблении: две или более стойки кладут параллельно одна другой, на них помещают второй ряд стоек перпендикулярно к первому и т. д., пока не дойдут до кровли, после чего плотно расклинивают. Реже костер складывают в виде тр-ка. Пустоту внутри костра часто заполняют породой. Располагают костры рядами, параллельными линии забоя, на различном расстоянии друг от друга в зависимости от давления кровли. Расстояние между рядами колеблется от 1,5 до 4 метров (доходя иногда до 10—15 м). Расстояние между кострами в ряду 1—3 метров (реже больше). В крутопадающих пластах во избежание скатывания стоек при укладке костра забивают дополнительные стойки по углам (фигура 33). С подвиганием забоя костры разбирают и переносят на новое место. В последнее время костровую крепь часто заменяют кустовой. Кусты состоят из 16—20 стоек, вертикально установленных друг около друга.

Органная крепь состоит из толстых стоек, пробитых вплотную друг к другу в один, два и даже три ряда. Органная крепь в один ряд часто называется частоколом, или комплектным рядом. Органная крепь применяется для ограждения целиков угля от раздавливания и для лучшего управления кровлей. В последнем случае она пробивается по линии, намеченной для обрушения кровли.

Производя всевозможные вариации из комбинации щицкой и основной крепей, можно исчерпать все случаи крепления очистного забоя. В каждом отдельном случае выбор вида крепления будет зависеть от свойств кровли (фигура 33; а—щицкая крепь, б—костры, в—органная крепь).

Передовое (опережающее)крепление применяется при разработке мощных пластов со слабой кровлей для поддержания ее, пока еще нельзя поставить постоянную крепь. Существует несколько видов тако го крепления. На фигуре 34 показано крепление с помощью продвигания затяжек а, опирающихся на прогон б и на временно поставленные стойки; между прогоном и кровлей вбиваются длинные клинья в, укрепляемые подкладками г, а сверх

Фигура 34.

клиньев забиваются затяжки д. На фигуре 35 показано крепление (патент Шваака), где железная полоса а при помощи хомута б укреплена на прогоне в; один конец полосы расклинен клином з, другой конец поддерживает прогон д, между этим прогоном и кровлей забиваются затяжки е.

Крепление механизированных очистных забоев.В этом случае крепление принимает несколько иной вид, т. к. при

Фигура 35.

расположении щицкой крепи надо учесть размеры работающих в забое механизмов, выдерживая соответствующие расстояния между рядами стоек обычно около 0,80—1,0 ж и пробивая последние строго по шнуру. Кроме того теперь обычно обаполы, поддерживающие кровлю, располагают перпендикулярно забою. При переходе к работе непрерывным потоком является необходимость обеспечить комплексную переноску доставояных механизмов. Эта задача разрешается методом крепления лав, предложенным инж. Либхардтом (фигура 36). По простиранию пласта кровля затягивается распилами на расстоянии 1—1,5 л» друг от друга, причем концы распилов заходят друг за друга. Под концы подбивают стойки а, б так, что конвейер располагается между стойками, принадлежащими двум разным распилам. Перед переноской конвейера под старый распил подбивают стойки в Затем выбивают стойки б, что дает возможность подвинуть конвейер по всей длине лавы полностью без разбал-чивания до стоек з. Соответственно этому из положения АБ перейдет в положение ВГ. Величина подви-гания конвейера равнавеличине вруба. После этого переносят костры (на рисунке не показанные), по окончании чего выбивают старые распилы. По мере выгрузки конвейером подрубленного угля распилы устанавливаются по лаве в новом положении. При плохой кровле крепление должен быть усилено.

Крепление в рудных месторождениях имеет специфич. особенности, связанные с характером месторождений и применяемыми системами разработки. Обычно применяемое деревянное крепление состоит из стоек, распоров, костровой или клетьевой крепи и квадратных окладов. Стойка (подпорка) и здесь является главным элементом руднич ной крепи, т. к. встречается в соединении почти со всеми формами крепления. Крепление стойками выполняется так же, как было указано выше. Распорная крепь (распорки) в сущности выполняет те же ф-ии, что и стойки, применяясь при эксплуатации крутопадающих жил и линз малой и средней мощности (чаще всего до 4 ж), хотя бывают случаи применения и в жилах мощностью до 12 ж, с употреблением составных распорок (фигура 37; а—стойка, б—

горизонтальная распорка, в—продольная распорка, з—диагональная распорка, д—клинья, е—подкос, ж—затяжки, з—накат, и—люк). На фигуре 37 изображено крепление длинными распорками в комбинации со стойками с применением обычных способов усиления распорной крепи. Толщина распорной крепи в зависимости от мощности жилы, крепости боковых пород и давления применяется от 150

до 280 миллиметров. Расстояние между распорками по простиранию обычно 0,9—1,5 ж, между стойками 1,2—1,5 ж.

Квадратные оклады (фигура 38а и 386). По почве укладывают лежни а, раскрепляя их через одинаковые расстояния перпендикулярными к ним распорками в На пересечении лежней с поперечными распорка-I ми отвесно ставятся стойки б. На каждые

смежные стойки кладут вкрест простиранию переклады так, что переклады опираются на стойки своими концами. На стойки же, но только по направлению вдоль простирания, укладываются продольные распорки. Уложенные переклады и распорки образуют новый горизонт, или ярус (на Урале шор а). Последовательным наращиванием стоек, перекладов и распорок крепь подводят к бокам и кровле забоя и прочно расклинивают. Концы отдельных частей крепления должны заделываться так, чтобы наибольшее поперечное сечение противолежало наибольшему давлению.

Для усиления крепления в нужных случаях в квадратные оклады вводят диагональные подкосы г, располагая их по направлению наибольшего давления. [Прочие обозначения на фигуре 38 (а и б): д—ларь для руды, е—жила. з/е— висячий бок, з—лежачий бок, и—штрек.] Размеры окладов (в ж) чаще всего принимаются: 2,4x1,5x1,5; 2,13x1,5x1,5; 2,13x1,8x1,8 и 2,2×2 х 2. Толщина стоек и распорок изменяется в зависимости от давления от 20 до 40 см, причем стойки берутся толще распорок. Наиболее употребительная толщина стоек—· 25—30 см, распорок—20—30 см.

Расчет крепления. Зависимость толщины стойки от нагрузки на нее выражается формулой:

где Р—нагрузка на стойку в килограммах, d—толщина стойки в см, I—длина стойки в см, к—сопротивление стойки сжатью в килограммах/см². Давление Р можно определить из такого выражения:

Р ~ щ COS а,

где а—половина свободного пролета нависающего пространства (например половина наклонной высоты подэтажа), <5—объёмный вес породы в килограммах/м³, f—коэф. крепости породы, N—число стоек на 1 м² площади пласта, а— угол падения пласта (углы ббльшие 60° принимаются при расчете как равные 60°). Зависи мость I между длиной стойки и толщиной ее d можно выразить так: ~= 100, где ί и d в м. Число стоек У на 1 ж² определяется из ф-лы:

_лт 125 <5а COS а — —— >

/Ь VI

где k—прочное сопротивление стойки сжатью в килограммах/см²; значение остальных букв прежнее. Давление на 1 обапол, подбитый стойкой, в килограммах вычисляется по формуле:

Р _ <5L cos а ^{1 1_} 3/iV ’

где L—расстояние между стойками по падению пласта; значение остальных букв прежнее. Толщина е затяжек из досох«: е =

яр. Г

TilF’ ^{где и}—ширина затяжек; для горбылей толщина берется в полтора раза больше. Количество материала на 1 м² площади пласта можно определить по упрощенным формулам: число стоек N=® ; толщина стоек й=0,1д/Т; количество обапол (в п. м) равно

1,1 J/У; количество затяжек (в п. м) равно j. При расчете костров пользуются следующими упрощенными ф-лами: число костров на 1 м² площади пласта равно [а — полупро-

лет очистного пространства (по падению) в ж]; объём древесины в одном костре (в ж³) равен ^ (т—мощность пласта в ж); толщина леса в кострах (уложенных, как представлено на фигуре 35) равна 0,11 f/m² и длина их трт.

С т а н д а р т и з а ц и я в Р. к.—один из важнейших моментоз в производственной жизни горных предприятий. Стандарт удешевляет производство, предотвращает излишние затраты труда, сберегает сырье. Однако широкое введение стандартов в Р. к. встречает большие трудности, так как влечет за собой стандартизацию и самих горных выработок. Несмотря на большую проводимую по этой линии работу, до настоящего времени в Р. к. имеются только два стандарта, принятых Всесоюзным комитетом по стандартизации при

Госплане: стойка рудничная для каменноугольной пром-сти Донецкого и Подмосковного бассейнов сосновая и елозая (ОСТ 2762) и обапол хвойных пород для крепления горных выработок (ОСТ 3308).

Закладка выработанного пространства пустой породой производится при разработке как крутопадающих, так и пологих пластов.

Если закладкой заполняется все выработанное пространство, она называется полной, в противном случае—неполной, или частичной. Закладка устраняет опасность нарушения поверхностных слоев, улучшает проветривание очистных выработок, уменьшает накопление угольной пыли и скопление гремучего газа, устраняет необходимость оставления целиков и уменьшает стоимость ремонта крепи; но, несмотря на такое значение закладки, часто вследствие ее высокой стоимости не представляется возможным ее осуществить. Материал для закладки получают при проходке различных подземных выработок; если же его недостаточно, то он доставляется с поверхности. Выше на фигуре 39 показано крепление, где а—частичная закладка, б—щицкая крепь, в—органная крепь, е — сторожевые стойки, д — бутовый штрек. О производстве закладки механическим путем и мокрой закладки см. Механизация горных работ и Разработка полезных ископаемых. О креплении шахтообразных выработок см. Шахта.

Лит.: В о к η и Б. .Практич. курс гордого искусства, 4 пзд., т. 1, М— Л., 1928; Ш е в я к о в Л., Сборник статей по горному искусству, Харьков, 1927; Описание Донецкого бассейна, т. 1, выпуски 1,2, Екатериыослав; Протодьяконов М., Давление горных пород и рудничное крепление, 2 издание, ч. 1, М.—Л., 1931; Кошелев В., Крепление горных выработок, Харьков, 1931; Д о у н е и Д., Крепление металлич. рудников, пер. с англ., М.—Л., 1931; Справочник по каменноугольному делу, составленный под ред. А. А. Ска-чпнского, Харьков, 1929; Гефер Г., Справочная книга по горному делу, ч. 1, Берлнп, 1921; Назаров Г., Крепление горных выработок, М.—Л., 1931; Тр у-ΠΙ к о в II., Разработка рудных месторождений золота, М.—Л., 1932; Крейн В., Методы разработки руд, М.—Л., 1931; ШопинскийК., Системы разработки медных руд, М.—Л., 1932; Вильямс JVI., Механизация горных работ, М.—Л., 1932; Hei se F. u. Ilerbst F., Lehrbuch d. Beigbaukunde, B. 2, 4 Aufl., Berlin, 1923. И. Мушеино.