Кріплення гірничих виробок

 

Кріплення гірничих виробок забезпечує їх провітрювання, безперебійну роботу підземного транспорту, необхідні для безпеки гірничих робіт. Правила техніки безпеки дозволяють не закріплювати виробки, пройдені в особливо міцних породах.

Конструкція та спосіб кріплення залежать від виду та призначення виробки, розмірів і форми її поперечного перерізу, величини й характеру гірничого тиску, терміну служби кріплення тощо. Залежно від призначення, терміну служби, властивостей бічних порід використовують такі кріпильні матеріали: дерево, метал, бетон, залізобетон, штучне й натуральне каміння.

При проходженні гірничорозвідувальних виробок з коротким терміном експлуатації традиційно використовують дерев'яне кріплення; поперечний переріз таких виробок має трапецієподібну або прямокутну форму. При проходці експлуатаційних і гірничорозвідувальних виробок з тривалим терміном служби використовується кам'яне, бетонне, залізобетонне кріплення. Виробки, як правило, мають криволінійні контури.

Існує кріплення жорстке й піддатливе. Жорстке під дією гірничого тиску зберігає свою форму та розміри, тому його застосовують у стійких гірських породах. Піддатливе ж під дією великого гірничого тиску змінює свою форму й розміри, зберігає стійкість, його застосовують у малостійких породах. Піддатливість забезпечується шарнірним сполученням елементів кріплення, введенням у кріплення еластичних прокладок тощо.

За часом використання кріплення поділяється на тимчасове та постійне. Тимчасове підтримує виробку до встановлення постійного кріплення. Постійне будується слідом за тимчасовим на деякій відстані від нього. Тимчасове кріплення використовується для прискорення прохідницьких робіт, а зведення постійного вимагає багато часу. Тимчасове кріплення завжди застосовується в нестійких слабких породах і в тих випадках, коли постійним кріпленням має бути бетонне або кам'яне. Вимоги до тимчасового кріплення: багаторазовість використання, легкість встановлення, портативність.

Діюча гірнича виробка повинна мати затверджений паспорт закріплювання, в якому відмічається: тип і конструкція кріплення, способи закріплення, потреба в кріпильних матеріалах.

Щомісячно кріпильні роботи приймаються за спеціальними актами з участю маркшейдера, в якому відзначається відповідність виконаних робіт за паспортом.

Матеріали рудникового кріплення. Для закріплення гірничорозвідувальних виробок використовуються дерево, метал, зв'язні матеріали та розчини, бетон, залізобетон.

Дерево – основний необхідний матеріал при закріпленні розвідувальних виробок (сосна, ялина, кедр, модрина, дуб, граб, ясен та ін.). Аби подовжити термін служби дерев'яного кріплення більше як на 3-5 років, деревину для стійкості проти гниття обробляють антисептиками: 2-5% -м водним розчином хлористого цинку; 2-2, 5% -м розчином хлористого натрію; кремнієфтористим натрієм, мідним і залізним купоросом.

Обробку лісу антисептиками здійснюють за спеціальним технологічним режимом у котлах-автоклавах під тиском 58, 8 • 102- 78, 4 • 102 гПа.

Для збереження дерева від загоряння його просочують в автоклавних установках спеціальними хімічними розчинами, які надають їм вогнетривкості. Метал як матеріал для закріплення набуває дедалі більшого поширення. Кріплення з металу міцне, довговічне й різнорідне за конструкцією. До недоліків відносять високу вартість і уразливість корозією. В сирих виробках, а також у разі наявності вуглекислоти використовують метал із покриттям від корозії та агресивних вод (мінеральною фарбою або рідким цементним розчином). Чавун для закріплювання виробок використовується у вигляді тюбінгів, в основному для закріплення стовбурів шахт.

Зв'язні матеріали та розчини. Зв'язними матеріалами називаються речовини, здатні під дією фізико-ме-ханічних процесів переходити з рідкого стану в твердий, тверднути. Вони поділяються на повітряні та гідравлічні.

Повітряні зв'язні речовини твердіють на початковій стадії на повітрі й здатні тверднути далі, зберігаючи міцність лише на повітрі.

Гідравлічні – тверднуть на початковій стадії на повітрі й можуть тверднути далі, зберігаючи протягом довгого часу міцність як на повітрі, так і у воді.

До повітряних зв'язних речовин належать повітряне вапно, до гідравлічних – цементи. Для підземних і підводних споруд використовуються лише гідравлічні зв'язні речовини, в основному – портландцемент, продукт тонкого помелу клінкеру, здобутого рівномірним опаленням до стікання дозованих штучних сумішей матеріалів, які містять вуглекислотне вапно та глину, або натуральні матеріали (вапняні мергелі) відповідного складу. Глину можливо замінювати доменним шлаком, трепелом тощо.

Основна властивість портландцементу – твердіння, тобто перетворення пластичного цементного тіста (суміш цементу й води) в тверде тіло – цементний камінь. Твердінню передує процес тужавіння – поступова втрата цементним тістом пластичності. Процес тужавіння й твердіння супроводжується виділенням тепла.

За механічною міцністю цемент поділяється на 6 марок: 200, 250, 300, 400, 500, 600, які відповідають міцності цементу на тиск, наприклад, цемент марки 400 через 28 діб після приготування має міцність на тиск 40 МПа.

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