Сборная железобетонная и металлическая крепи

Сборные крепи вертикальных стволов выполняют преимущественно в виде сплошной кольцевой конструкции из железобетонных или чугунных тюбингов. Стоимость, трудоемкость возведения и аэродинамическое сопротивление таких крепей больше, чем монолитной бетонной, поэтому их применяют при неблагоприятных условиях проходки – значительных водопотоках, отрицательной температуре массива пород, высоких неравномерных нагрузках на крепь и т.п.

Из большого числа разработанных ранее конструкций сборных железобетонных крепей применяют крепи из ребристых тюбингов ВНИИОМШС и СТК, рассчитанные на внешнее давление 40 тс/м².

Тюбинги ВНИИОМШС (рис. 2,а) предназначены для стволов диаметром в свету 4.5-8 м (с шагом 0.5 м). Высота тюбинга 1040 мм, толщина по ребру 270, 300 и 350 мм, число тюбингов в кольце 7-11, масса 900-1500 кг, бетон марок 200-400. В кольцевых ребрах тюбингов имеются отверстия под болты диаметром 30 мм для соединения тюбинговых колец между собой. В некоторых типах тюбингов есть болтовые отверстия и в радиальных ребрах. В спинке каждого тюбинга имеется отверстие для нагнетания тампонажного раствора в закрепное пространство. Крепь возводят, как правило, с устройством бетонных опорных венцов через 15-20 м. Венцевое кольцо тюбингов соединяют с бетоном при помощи металлических стержней, выпускаемых через спинку тюбинга. При сборке крепи тюбинги в смежных кольцах смещаются на половину длины для перевязки швов. Швы между тюбингами и отверстия для нагнетания чеканят расширяющимся цементом для гидроизоляции

Тюбинги СТК (рис. 2,б) отличаются от предыдущих отсутствием промежуточного ребра, постоянной массой (600 кг) для всех диаметров стволов, одинаковой высотой ребра 250 мм, однотипным арматурным каркасом и высокопрочным бетоном (500). Крепь возводят, как правило, без опорных венцов и перевязки швов в соседних кольцах. Роль опорных венцов выполняют тампонажные пояса высотой 2-2.5 м, устраиваемые по высоте ствола через 8-10 м из жирного быстротвердеющего цементно-песчаного раствора. Для гидроизоляции швов между тюбингами наносят на их стыкуемые поверхности мастику гидроизомаст.

Высокая стоимость железобетонных тюбингов, большие затраты ручного труда при маневрах с тюбингами, их монтаже, устройстве опорных венцов и пикотажных поясов, тампонаже закрепного пространства и чеканке швов, а также неполная водонепроницаемость ограничивают широкое распространение такой крепи.

Металлическая постоянная крепь стволов обычно выполняется из чугунных тюбингов, а при особо тяжелых условиях – из стальных литых или сварных.

Чугунная тюбинговая крепь (рис. 3) характеризуется высокой несущей способностью (до 100-120 тс/м², водонепроницаемостью и долговечностью. Ее применяют в сложных гидрогеологических условиях, обычно при специальных способах проходки. Для крепления шахтных стволов используют либо чугунные тюбинги, изготавливаемые для строительства перегонных, эскалаторных или станционных тоннелей метрополитена, либо усиленные тюбинги, изготавливаемые по специальным заказам.

Чугунная тюбинговая крепь возводится с бетонными опорными венцами 1 (рис. 3,а), располагаемыми через 18-15 м. В опорном венце закрепляют опорное кольцо 2 из специальных чугунных тюбингов, выступающее за наружный контур нормальных колец 3 на 500-700 мм. Нормальный чугунный тюбинг (рис 3,б) имеет наружные и внутренние ребра толщиной 30-50 мм и спинку такой же толщины. При возведении крепи снизу вверх между опорным кольцом вышележащего звена и последним кольцом закрепляемого звена остается зазор, требующий надежного уплотнения (пикотажа). Для этого применяют специальные пикотажные кольца (рис. 3,в) – верхнее 4 и нижнее 5. В клиновидный зазор между ними забивают тонкие сухие еловые дощечки 6, которые после увлажнения набухают и герметизируют зазор. Кольцевые и радиальные швы между нормальными тюбингами герметизируют расчеканкой расширяющегося быстротвердеющего цемента, иногда с применением свинцового или асбестового освинцованного шнура. При высоких гидростатических напорах в швы между тюбингами укладывают и расчеканивают свинцовые листовые прокладки 7 толщиной 2-4 мм (рис. 3,г). Болтовые отверстия уплотняют при помощи свинцовых или асбобитумных шайб 8, обжимаемых сферическими стальными шайбами 9. Закрепленное пространство по мере возведения крепи тампонируют вначале цементо-песчаным раствором под давлением до 5 кгс/см², а в последующем – цементным молоком под давлением до 10 кгс/см².

Чугунная тюбинговая крепь имеет большие достоинства, но дорога и требует большого расхода дефицитного металла, поэтому ее применение оправдано лишь при сложных условиях проведения и эксплуатации ствола.

Деревянная крепь.

Деревянную крепь применяют в основном для крепления шурфов, вертикальных восстающих и неглубоких стволов разведочных и эксплуатационных шахт при сроке службы до 15 лет и небольшом горном давлении. Венцы прямоугольной формы при возведении крепи в звене снизу вверх укладывают один на другой всплошную (сплошная венцовая крепь – рис. 4,а) или с интервалами (крепь на стойках). При возведении крепи вслед за продвиганием забоя венцы подвешивают один к другому на металлических составных подвесках (подвесная венцовая крепь). Элементы крепи в венце обычно выполняют из бревен (реже из брусьев) и соединяют врубками в виде односторонних прямых (рис.4,б) или косых (рис.4,в) и двусторонних прямых или косых (рис.4.4,г) лап. По высоте ствола через 3-8 м (при подвесной крепи через 15-20 м) устраивают опорные венцы. Их короткие элементы удлинены с тем, чтобы выступающие за наружный контур концы длиной 0.5-0.8 м опирались на породу в специально устраиваемых лунках. Поперечное сечение ствола или шурфа обычно разделяют на одно-два подъемных и лестничное отделения с помощью расстрелов, которые распирают между прогонами из брусьев размером от 15х15х до 20х20 см (рис. 4.,д).

Рис. 4. Деревянная сплошная венцовая крепь

1, 2-опорный и рядовые венцы; 3-прогон; 4-расстрел; 5-«глухарь»-крепежный элемент, головка которого утоплена в прогон; 6-проводник; 7-лестничный полок