Гірничорозвідувальні виробки

Під дією деяких рідин (наприклад, мінералізованих вод) і газів трапляється корозія цементу, тобто зниження його міцності при твердінні, або повне зруйнування. Радикальний захід проти корозії – використання глиноземистого, пуцоланового портландцементу тощо.

Цемент випускається в мішках вагою 50-70 кг. Зберігати цемент треба в сухому приміщенні. У паспорті на отриманий цемент відзначається марка цементу й результат його випробування.

Розчини використовуються при закріпленні гірничих виробок натуральним і штучним камінням, при штукатуренні грунту, стінок і стелі виробок. Вони складаються зі зв'язного матеріалу – вапна, цементу, гіпсу, води та піску. Склад вапнисто-піщаного розчину виражається співвідношенням 1: 4, 1: 3, 1: 2, 1: 1 (пісок, вапняне тісто) за об'ємом.

В гірничій справі в основному використовуються піщано-цементні розчини з портландцементу. Міцність розчину залежить від марки цементу й відношення його ваги до ваги води, використаної на одиницю об'єму розчину, тобто від величини цементно-водного відношення.

Склад розчину залежить від призначення: чим більша міцність і водостійкість потребується від розчину, тим більша кількість цементу має в ньому міститися. Склад Ігіщано-цементного розчину: 1: 1, 1: 1, 5; 1: 2; 1: 3; 1: 3, 5 за об'ємом.

Бетон – штучний кам'яний матеріал, отриманий у результаті твердіння суміші зі зв'язного матеріалу, води та наповнювачів. Для кріплення гірничих виробок використовується бетон, у якому зв'язним матеріалом є портландцемент. Цемент і вода є активними складовими бетону внаслідок того, що за рахунок хімічних реакцій між ними утворюється цементне каміння, яке твердіє та зчіпляється з наповнювачем. Наповнювачі – інертні матеріали, між ними та цементним каменем існує лише механічне зчеплення. До наповнювачів належать пісок, гравій і щебінь. Пісок для бетону містить гострокутові зерна з шорсткою поверхнею, що забезпечує добре зчіплювання піску з цементом. Розмір зерен від 0, 15 до 5 мм. Розмір зерен гравію або щебеню в бетоні встановлюється від 5 до 6 мм. Пісок, гравій і щебінь не повинні містити в собі мулистих, глинистих або землистих частинок.

Вода, яка використовується для приготування бетону, має бути чистою, без шкідливо діючих на цемент сірчанистих сполук, вільної вуглекислоти, органічних кислот тощо.

Бетон готується в бетономішалках. Час перемішування залежно від рухливості суміші та місткості барабана коливається від 1-1, 5 до 2-3 хв. При вкладанні бетону суміш трамбується ручними або механічними трамбовками, або вібраторами.

Залізобетон. Для виготовлення залізобетону використовується арматура – металевий каркас із сталевих прутів діаметром 10-12 мм і більше. При заповненні арматури бетоном утворюється залізобетон, який має великий опір на розтягнення та вигин. Кріплення з залізобетону поділяються на монолітні та збірні (найчастіше), які складаються з заготовлених на поверхні елементів, таких як стояки, верхняки, тюбінги, блоки тощо. Натуральний камінь (бутове каміння, обтесані плити тощо) як кріпильний матеріал використовується рідко, в основному при укладанні фундаменту під кріплення з бетону та залізобетону.

На гірські породи, які залягають усередині землі, чинять тиск маси, що їх оточують, внаслідок чого породи перебувають у напруженому стані. Будь-яка частинка породи на глибині перебуває в стані напруженої рівноваги. При проходці гірничої виробки рівновага порід порушується – частинки породи намагаються зсунутися в бік проведеної гірничої виробки. Порода спочатку прогинається, з’являються дрібні тріщинки, випадають невеликі шматки, трапляється обвал виробки.

Такі явища виникають у масиві гірських порід після проходки виробки й називаються деформаціями. Деформація гірських порід залежить від різних факторів: фізико-механічних властивостей гірських порід, глибини закладання виробки від поверхні, форми та розмірів поперечного перетину виробки, способів кріплення тощо. Розвиток деформації можна не допустити, встановлюючи кріплення, яке стримує тиск гірських порід – гірський тиск.

Гірський тиск у горизонтальних виробках. Сучасні теорії гірського тиску в горизонтальних виробках поділяються за принципом створення Склепіння натуральної, рівноваги (теорія Протодияконова) та за іншими принципами (теорії гідростатичного тиску, теорії пружності тощо).

Теорія Протодияконова завдяки своїй простоті й достатній практичній точності найпоширеніша, виділяє два періоди стану гірських порід після проходки гірничих виробок (рис. 4) :

1) період первинного гірського тиску, тобто частинки породи втрачають початковий напружений стан з утворенням навколо виробки так званого склепіння натуральної рівноваги;

2) період вторинного тиску, тобто стан гірських порід після створення склепіння натуральної рівноваги.

На першій стадії ще не існує склепіння натуральної рівноваги (відбувається розподіл напруження всередині склепіння), а кріплення зазнає тиску, який перевищує вагу породи всередині склепіння натуральної рівноваги.

До початку другого періоду склепіння рівноваги створене, а тиск на кріплення зменшується до певної постійної величини.

В слабких породах величина первинного тиску порівняно з міцними породами більша, а період його менший; у міцних породах період первинного тиску більший, а величина первинного тиску менша.

Гірський тиск на кріплення стелі виробки дорівнює масі породи в об'ємі склепу й визначається за формулою  ,

де   – густина гірської породи, т/м3; 2а – ширина виробки, м;   – коефіцієнт міцності порід за шкалою Протодияконова.

 

Рис. 4. Схема для визначення ваги породи в покрівлі горизонтальної виробки: