Соединение элементов крепи и узлы податливости деревянных рам.

Вопрос 1

Горное давление

Горное давление - напряжения, возникающие в массиве г. п., вблизи стенок выработок, скважин, в целиках, на поверхностях контакта порода - крепь в результате действия гл. обр. гравитац. сил, а также тектонич. сил и изменения темп-ры верх. слоев земной коры. Наиболее общей формой проявления Г. д. является деформирование г. п., к-рое приводит к потере ими устойчивости, формированию нагрузки на крепь, динамич. явлениям (Горным ударам, Внезапным выбросам). Поэтому при проведении горн. выработок предварительно рассчитывают Г. д. для определения прочности несущих элементов подземных сооружений (стенок выработок, целиков и крепей) и выбора способов управления Г. д. Первые методы расчёта Г. д. основывались на гипотезе, согласно к-рой Г. д. вызвано весом определённого объёма пород, приуроченного к данному несущему элементу.

Силы, которые проявляются в массиве горных пород после проведения в нем выработок и вызывают деформации горных пород, окружающих выработки, называют горным давлением. Горное давление усложняет технологию разработки и требует специальных мер: поддержания выработок, уменьшения пролетов выработок, увеличения интервалов между ними и т. п. Гораздо реже используют горное давление как положительный фактор для отделения полезного ископаемого от массива или для перемещения перекрытий, предохраняющих полезное ископаемое от засорения обрушенными пустыми породами.

Факторы, влияющие на горное давление и его проявление, делятся на природные и технические.
К природным факторам относятся:
1) глубина залегания, которая в прямой пропорции увеличивает вес налегающей толщи пород;
2) силы тектонического происхождения;
3) физико-механические свойства пород, в первую очередь их крепость и трещиноватость.

В крепких, монолитных породах допускаются значительные обнажения, требуются меньшие затраты на поддержание выработок, но породы обладают выбросоопасностью. В породах трещиноватых или мягких затруднено поддержание выработок, но снижают возможность выбросов породы.

Технические факторы:
1) размер и форма обнажений. С увеличением обнажений возрастает необходимость в поддержании выработанного пространства, повышаются напряжения в окружающих породах;
2) расстояние между выработками или ширина целиков. Если этот размер мал, то возникает большое опорное давление;
3) способы образования выработок. Наиболее благоприятен гладкий контур выработки с ненарушенными краями, получаемый при механической отбойке и (в меньшей степени) при отбойке шпурами и скважинами малого диаметра, расположенными вдоль границ выработки;
4) интенсивность разработки в зоне повышенного горного давления. Важно завершить работы раньше, чем наступит стадия прогрессирующей ползучести и скорость деформации достигнет критической величины;
5) порядок разработки. Он должен быть таким, чтобы обеспечивалось наименьшее число целиков, рудных выступов и других участков, подверженных повышенному опорному давлению. При обрушении налегающих пород на отбитую руду недопустимо большое отставание в обрушении.

Вопрос 2

Деревянная крепь

- горн. крепь из деревянных материалов. На совр. шахтах область применения Д. к. ограничена подготовит. выработками, неглубокими вертикальными стволами, шурфами, гезенками прямоугольного сечения (при установившемся и умеренном горн. давлении 60-80 МПа, отсутствии пучащих пород), очистными выработками (в сложных горн.-геол. условиях и на крутых пластах). Д. к. служит в качестве крепи временной и постоянной (в выработках со сроком службы 1-2 года), призабойной и специальной. Элементы Д. к. изготовляют из крепёжных материалов 2 сортов: круглого леса (рудничные стойки) и пиломатериалов (доски, бруски, брусья, обаполы).
В угольных, сланцевых, соляных и др. шахтах применяют следующие конструкции Д. к.: в подготовит. выработках горизон- тальных - трапециевидные (реже прямоугольные) крепёжные рамы (неполные, полные, усиленные, несимметричные), а также спец. виды - потолочную крепь, перекрышную крепь, забивную крепь; в наклонных - те же, что и в горизонтальных (при углах наклона до 10-12°), прямоугольные неполные или полные крепёжные рамы с распорками (10-45°), Венцовую крепь (св. 45°); в вертикальных - сплошную венцовую (срубовую) крепь, венцовую на стойках, подвесную венцовую; в очистных выработках - стойки, подбиваемые непосредственно под кровлю (при исключительно устойчивой кровле), стойки под верхняк из обапол, горбылей, распилов или с дополнит. затяжкой из тонких обапол, заводимых концами за верхняки; Костровую крепь, Кустовую крепь, Органную крепь.
На рудных шахтах конструкции Д. к. включают: в подготовит. выработках - распорную крепь (стойки, забиваемые между висячим и лежачим боками) и крепёжные рамы; в очистных - Станковую крепь, собственно распорную или усиленную, распорно-станковую, щитовую из бревенчатых конструкций.
Возводится Д. к. вручную. Вначале устанавливают стойки, скрепляя их обаполами с соседними, ранее собранными рамами или поддерживая подпоркой. Затем на стойки укладывают верхняк и после проверки правильности установки рамы её расклинивают. Кровлю и бока выработки перекрывают межрамными ограждениями. Спец. виды Д. к., а также крепь в наклонных и вертикальных выработках возводят с учётом их конструктивных особенностей.
Достоинства Д. к. - простота конструкции, относит. несложность установки, транспортировки крепёжных элементов. Недостатки - недолговечность (в ср. условиях эксплуатации срок службы до 7-8 лет), неогнестойкость, значит. разброс прочностных показателей. Д. к. постепенно вытесняется др. совр. видами горн. крепи

Деревянную крепь в основном применяют в выработках небольшого сечения и с небольшим сроком службы.

Деревянные крепи.

Деревянная крепь – используют преимущественно хвойных пород.
Достоинства – небольшая масса, сравнительно небольшая стоимость, легкость обработки на рабочем месте. Простота конструкции, удобна в установке и транспортировке.
Недостатки – недолговечность (срок службы 2-3 года, иногда до 5 лет), опасность в пожарном отношении, меньшая прочность по сравнению с другими материалами.

Сортамент пиленного материала а) распил; б) брусья; в) доски обрезные («затяжка»);г) доски необрезные («затяжка»); д) обаполы (горбыли).

Рудничная стойка – круглый лесоматериал длиной от 0,5 до 5м и толщиной в верхнем торце от 7 до 30см.
Два сорта леса – круглый и пиленый ( пластины, распилы, брусья, доски, обаполы). Если предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон принять за единицу, то при сжатии поперек волокон он будет равен 0,1 – 0,3, при растяжении вдоль волокон -2-3; поперек волокон -0,3-0,5. Т.е. прочность древесины колеблется в широких пределах. Её, как материал для крепи, применяют в основном при небольшом сроке службы подземных выработок или в качестве временной крепи до возведения постоянной из более долговечных материалов.

Деревянная рамная крепь горных выработок

Соединение стоек с верхняком:
а) при давлении сверху;
б) при давлении сбоку;
в) при давлении сверху и сбоку;
г) крепление выработки вразбежку;
д) крепление выработки сплошное;
1- верхняк;
2- стойка;
3- Затяжка;

Деревянные крепежные рамы. а, в, г – неполные, б- полные.

Основной конструкцией деревянной крепи является неполная крепежная рама Рис а,в,г. Состоит из верхняка 1, и двух соек 2. Реже применяют полные крепежные рамы, Рис б, когда добавляют четвертый элемент – лежень 3. Неполные крепежные рамы применяют в породах с f= 3-9, а полные – с f=1-2 и пучащих породах. Крепежные рамы трапециевидной формы с горизонтальным верхняком и углом наклона стоек в раме 80-850 применяют при любом угле залегания пласта. До 20-250 рамы устанавливают с наклонным верхняком по кровле пласта Рис в, при крутом залегании (более 550) – с горизонтальным верхняком и наклоном одной стойки по кровле пласта.

Соединение элементов крепежной рамы должно быть прочным, точным и простым в исполнении. Еще это соединение называют замком.
Соединение в лапу, очень распространенный способ соединения верхняка со стойкой и лежнем. Это соединение выполняют в зависимости от горного давления. На рис показано направление стрелками направление горного давления и соответствующая ему конструкция в лапу.
Соединение в паз применяют только при вертикальном горном давлении. Остальные виды соединений (в шип, встык) применяются довольно редко.

Соединение элементов крепи и узлы податливости деревянных рам.

Соединение элементов крепи и узлы податливости деревянных рам. а, б, в – стоек и верхняка в лапу, г- в паз; д- стоек и лежней в лапу, е – в зуб; ж – заострение стоек на конус; з – в виде клина.

Замки А- соединение в лапу.Б- соединение в паз.В- соединение в шип.Г- соединение стоек с лежнем.

При больших размерах поперечного сечения выработки или при значительном горном давлении применяют усиленные крепежные рамы:

Усиленные крепежные рамы 1 – ремонтина (средняя стойка);2 – прогон; 3 – подкос; 4 – распорка.

При давлении с кровли – усиливают верхняк, а при всестороннем давлении – усиливают многоугольной крепью, устанавливаемой внутри обычной рамы.

Крепежные рамы являются жесткой крепью. При большом горном давлении, сопровождающимся опусканием кровли, возможно разрушение крепи. Это явление требует применения податливой крепи. Податливость достигается в ослабление отдельных элементов крепи и их разрушении, но без снижения несущей способности. Для деревянной крепи податливость достигается за счет зострения нижних концов стоек на «карандаш». Под действием горного давления концы стоек сминаются и крепь приопускается (приседает).