 |
4.2. Материалы горной крепи
|
|
|
|
Для крепления горных выработок применяют дерево, металл, бетон, железобетон, естественные и искусственные камни. В качестве вяжущего вещества используют цемент различных марок.
Дерево — доступный и дешевый крепежный материал, обладающий достаточно высокой прочностью при небольшой плотности, упругостью, легко и быстро обрабатывающийся. Его недостатки— подверженность гниению, горючесть.
Для горной крепи применяют сосну, ель, лиственницу и пихту в виде круглого и распиленного материала.
К круглому лесу относятся с т о й к и длиной 0, 5 — 4, 5 м и диаметром от 11 до 39 см, к пиленому — п л а с т и н ы (половинки распиленных по оси бревен), б р у с ь я (пиломатериалы, толщина которых более половины их ширины), д о с к и толщиной 40—80 мм и о б а п о лы или г о р б ы л и — крайние части бревна, распиленного на брусья или доски.
В стволах шахт со свежей струей воздуха крепь из сосны служит 15 — 20 лет, из лиственницы — значительно большее время. В выработках, по которым проходит отработанный воздух, сосновая крепь служит от 3 мес. до 5 лет.
Крепь предохраняют от загнивания пропитыванием специальными растворами химических веществ ( а н т и с е п т и к а м и ), что увеличивает срок ее службы в 2 — 3 раза. В качестве антисептиков применяют слабые (3—7%-ные) растворы фтористого натрия или хлористого цинка.
Металл — один из наиболее совершенных крепежных материалов, обладающий высокой прочностью, огнестойкостью, хорошо воспринимающий растягивающие усилия. Применяют его
для крепления как капитальных, так и подготовительных выработок.
Для крепления выработок используют сталь в виде проката различных профилей (двутавровых и швеллерных балок, балок желобчатой формы, рельсов, уголковой и круглой арматурной стали и др. ) и чугун для тюбингов. Для соединения элементов и деталей конструкций крепи применяют также готовые металлические изделия — болты, штыри, винты и др.
|
|
|
Недостатки металла как крепежного материала: подверженность коррозии под действием влаги, газов и кислотных шахтных вод; высокая стоимость. Защиту металла от коррозии в шахтных условиях осуществляют покрытием поверхности металла антикоррозийными красками и лаками, а также цементно-песчаным раствором.
Бетон — искусственный строительный материал, который получается в результате затвердевания смеси из вяжущего вещества с водой и заполнителей (песка, гравия, щебня), взятых в определенном соотношении. В качестве вяжущего вещества используется ц е м е нт, который представляет собой серый порошок, получаемый в результате тонкого измельчения обожженной до спекания минеральной сырьевой смеси известняка, глины и ряда добавок (доменного гранулированного шлака, гипса и др. ).
Густую смесь цемента и воды называют ц е м е н т н ы м т е с т о м. Вследствие взаимодействия цемента с водой происходит его схватывание в течение от 30 мин до 12 ч, которое переходит в процесс затвердевания.
Прочность цемента характеризуется его маркой, которая показывает временное сопротивление на сжатие кубика со стороной 7 см, изготовленного за 28 сут до испытания из смеси, состоящей из одной части цемента, трех частей песка и небольшого количества воды. Для приготовления бетона используют цемент марок 300, 400, 500 и 600.
Песок для приготовления бетона выбирается крупностью зерен от 0, 15 до 5 мм, без органических примесей. Размер щебня или гравия 5 — 60 мм. Вода должна быть чистой, без илистых частиц, кислот, вредных солей, жировых и растительных остатков.
Состав бетона на практике характеризуют отношением 1: П: Щ. Оно означает, что по массе или объему на одну часть цемента приходится П частей песка и Щ частей щебня или гравия. Для шахтной крепи наиболее часто применяют бетоны состава 1: 2: 3; 1: 3: 5; 1: 4: 6.
|
|
|
Отношение массы воды к массе цемента, использованных для приготовления бетонной смеси, называется в о д о ц е м е н т н ым ф а к т о р о м. Чем больше это отношение, тем ниже прочность бетона. Если для приготовления бетона добавляется вода в количестве 6 — 6, 5 % массы сухих составляющих, то получается жесткий бетон; при 6, 5 — 8% — п л а с т и ч н ы й, при 8—10% и более — л и т о й. Наибольшую прочность имеет жесткий бетон. Прочность бетона определяется временным сопротивлением на сжатие кубика со стороной 20 см через 28 сут после изготовления. Для крепления горных выработок применяют жесткий бетон марок 110, 200, 300, 400, 500 и 600 (предел прочности на сжатие соответственно 11, 20, 30, 40, 50 и 60 МПа).
Бетон имеет высокую прочность при действии сжимающих нагрузок, обладает долговечностью, огнестойкостью, устойчивостью против действия воды и воздуха, а также относительно невысокой стоимостью. К его недостаткам относятся значительная объемная масса, хрупкость при ударе, незначительная сопротивляемость растягивающим и изгибающим усилиям (в 8—10 раз меньше прочности на сжатие), трудоемкость возведения бетонной крепи. Плотность бетона повышают путем уплотнения смеси при укладке с помощью специальных устройств — вибраторов.
Железобетон представляет собой бетон, армированный металлом. В железобетоне выгодно используются свойства обоих материалов: бетон хорошо воспринимает сжимающие усилия и предохраняет сталь от ржавления, а сталь — растягивающие. Из железобетона возводят обычно крепь сложной формы.
Искусственные камни — штучный крепежный материал, изготовляемый заводским способом (бетониты и строительный кирпич). Б е т о н и т ы массой от 20 до 35 кг имеют прямоугольную и клиновидную форму и изготовляются из обычного бетона. Бетониты прямоугольной формы применяют для кладки прямых стен в горизонтальных и наклонных выработках, клиновидной формы — для сооружения криволинейных конструкций крепи.
Бетониты позволяют облегчить и ускорить процесс возведения крепи по сравнению с монолитным бетоном. В отличие от крепи из монолитного бетона крепь из бетонитов способна
|
|
|
воспринимать давление горных пород сразу же после ее возведения.
Новые крепежные материалы, которые начинают находить применение на шахтах, представляют собой химические составы на основе синтетических смол.
П л а с т б е т о н — безводный материал, состоящий из вяжущего материала, песка и щебня. Вместо цемента в нем используют синтетические смолы (эпоксидную, фурфурол- ацетоновую и др. ) и химические добавки (сульфобензокислота, полиамин и др. ). Пластбетон отличается высокой прочностью, химической стойкостью и водонепроницаемостью.
С т е к л о п л а с т и к и состоят из затвердевших полиэфирных, фенольных, эпоксидных и других полимерных смол, армированных стекловолокном. Элементы крепи из этих материалов изготовляют методами прессования или литья. Стеклопластики прочны, не подвергаются коррозии, огнестойки, имеют невысокую плотность.
Химические составы на основе полиэфирных, фенольных и формальдегидных смол используются в качестве закрепляющих составов для анкерной крепи, а также для упрочнения неустойчивых пород.
|
|
|
