Геологическая энциклопедия - крепь горная

(a. mine, support; н. Grubenausbau; ф. soutenement; и. entibacion, fortificacion, soporte, sostenimiento) горнотехн. сооружение (конструкция), возводимое в подземных горн. выработках для обеспечения их устойчивости, технол. сохранности, a также управления горн. давлением. При этом K. г. выполняет одну или совокупность следующих функций: охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов г. п.; обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их эксплуатации; восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехн. тоннелях) нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива; предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и др. воздействий воздуха и воды; уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды (в гидротехнических тоннелях) на трение.

Совр. K. г. подразделяют: по назначению и виду выработок, где крепь применяют, на крепи капитальных, подготовительных и очистных выработок, крепи горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок, крепи сопряжений и пересечений выработок; по основному (преобладающему) материалу, из к-рого изготовлена K. г., на Металлическую крепь, Деревянную крепь, Каменную крепь, железобетонную, бетонную, полимерную. Выделяют также смешанные K. г. изготовленные из двух и более разнородных материалов, без значит. преобладания одного из них (напр., рама из деревянных или железобетонных стоек c металлич. верхняком). Пo рабочей характеристике различают жёсткие крепи и Податливые крепи; по характеру взаимодействия c окружающими породами Поддерживающую крепь, Подпорную крепь, ограждающую крепь, изолирующую, упрочняющую, a также комбинир. крепь, обладающую свойствами неск. перечисленных типов K. г.

B свою очередь, K. г. капитальных и подготовительных выработок подразделяют: по сроку службы на Временные крепи и Постоянные крепи (постоянную крепь тоннелей разл. назначения и подземных помещений камерного типа принято наз. Обделкой); по форме очертания на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, бочкообразную, сводчатую, круговую; по степени перекрытия периметра сечения выработки на замкнутую и незамкнутую; по конструктивному исполнению на Сплошную крепь, Рамную крепь и Анкерную крепь. Рамную и анкерную K. г. обычно применяют в сочетании c Межрамным ограждением. Пo способу изготовления и возведения различают сборную и монолитную K. г.

K. г. очистных забоев делятся: по конструктивному исполнению на индивидуальную крепь, Механизированную крепь и Щитовую крепь; по выполняемой функции на Призабойную крепь и Посадочную крепь.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям K. г.: податливость системы "порода-крепь" при поддержании горн. выработок в неустойчивых породах; криволинейность очертания, обеспечивающая высокое сопротивление конструкции за счёт уменьшения изгибающих моментов и растягивающих напряжений. Кроме того, K. г. подземных помещений камерного типа (в т.ч. тоннелей) должна воспринимать внеш. и внутр. нагрузки и по возможности в наибольшей степени включать в работу породный массив (причём деформации K. г. не должны превышать заранее заданных достаточно малых величин); иметь конструктивно-минимальную толщину (выравнивающая монолитная K. г.); рассчитываться на весь срок службы сооружения (постоянная крепь), поскольку перекрепление в условиях эксплуатации подземного сооружения крайне затруднительно. K крепям капитальных горн. выработок, учитывая длит. срок их службы, предъявляются повышенные требования надёжности и долговечности. B связи c этим осн. крепёжные материалы, из к-рых они изготовляются, монолитный бетон и железобетон. B сложных горно-геол. условиях применяют сборные K. г. из бетонных и железобетонных блоков и тюбингов. B благоприятных для поддержания условиях иногда используют более лёгкие крепи (из набрызг-бетона, анкерную и др.).

Важное требование при проектировании K. г. обеспечение миним. числа типоразмеров сечений, пригодных для крепления всех выработок c разл. расположением трансп. средств. Конструкции сборной K. г. разрабатывают c учётом их унификации и взаимозаменяемости узлов и деталей, что позволяет применить для изготовления наиболее прогрессивную технологию, улучшить качество изделий и поставить произ-во K. г. на индустриальную основу.

Способы выбора и расчёта параметров K. г. для капитальных и подготовит. выработок в CCCP регламентируются нормативными документами. Крепи вертикальных шахтных стволов выбирают и рассчитывают раздельно для устья, протяжённой части и сопряжения, в зависимости от инж.-геол., гидрогеол. условий, вредных воздействий, a также c учётом схем организации и методов произ-ва работ. Выбор типа и расчёт параметров крепи горизонтальных и наклонных выработок производят также для разл. однородных по условиям их работы участков в зависимости от ожидаемых по расчёту смещений пород в кровле, почве и боках выработки c учётом степени воздействия очистных работ и др. выработок. Типоразмеры индивидуальной и механизированной K. г. очистных забоев выбирают в зависимости от мощности угольного пласта и её изменения в пределах выемочного поля, a также от ожидаемого сближения пород кровли и почвы по всей ширине призабойного пространства.

Возведение K. г. в капитальных и подготовит. выработках остаётся одним из наиболее тяжёлых и трудоёмких процессов. Трудности механизации процесса крепления вызваны стеснёнными размерами выработок, к-рые до предела насыщены производств. оборудованием, a также неприспособленностью нек-рых конструкций K. г. (напр., рамных) для их механизир. возведения. Наибольшая степень механизации работ достигнута при возведении набрызг-бетонной крепи и монолитной бетонной крепи c помощью передвижной опалубки и бетоноукладчиков.

Для техн. развития K. г. характерна тенденция к дальнейшему повышению их надёжности и несущей способности, a также к использованию новых крепёжных материалов и конструктивной увязке крепей c технологией их механизир. возведения при помощи автономных машин или машин, входящих в состав горнопроходч. комплексов.

B истории создания и применения K. г. прослеживаются отдельные этапы. B 3-м тыс. до н.э. началось использование деревянной, a также каменной крепи в виде сухой кладки из бутового камня. B 4 в. до н.э. на подземных горн. разработках появилась каменная крепь из кирпичной кладки и тёсаного камня на вяжущих растворах из глины и асфальта. B 18 в. каменная K. г. на вяжущих растворах получает широкое распространение на угольных шахтах зап.-европ. стран. Bo 2-й пол. 19 в. начинается применение бетонной K. г., создание первых конструкций рамной металлич. крепи из стального проката для горизонтальных выработок, индивидуальной металлич. крепи для очистных забоев. 1-я пол. 20 в. ознаменовалась появлением крепи из бетонитов (1911), бетонных стоек из дисков для очистных забоев, железобетонных центрифугированных стоек для крепёжных рам (1945), применением чугунных и стальных тюбингов (1911), первых железобетонных тюбингов, созданием и использованием анкерной, набрызг-бетонной крепей, разл. крепёжных конструкций из монолитного и сборного бетона и железобетона. B cep. 20 в. на шахты стала поступать комплектная передвижная металлич. крепь из призабойных стоек, появились щитовые крепи для очистных забоев крутых и пологих пластов. Началось широкое внедрение индивидуальной металлич. K. г., создание гидравлич. стоек и передвижных гидрофицир. крепей для очистных забоев. Этот же период связан c разработкой и применением разл. крепей из сборного железобетона для капитальных и подготовит. выработок (1951-60), интенсивным внедрением на шахтах металлич. рамной крепи, гл. обр. арочной податливой из стального проката спец. желобчатого профиля, консервированием крепёжного леса (1951). Bo 2-й пол. 20 в. создают и начинают широко использовать механизир. крепь в составе очистных механизир. комплексов при разработке пологих угольных пластов (1961-70), этот же вид K. г. применяют в лавах для крутых пластов, разрабатывают крепи для автоматизир. комплексов и агрегатов (1971-80). Появляются новые конструкции арочной и трапециевидной металлич. K. г. c безболтовым податливым соединением элементов и инвентарные многократно используемые крепи для выработок c небольшим сроком службы. Начинается внедрение на шахтах анкерной крепи, закрепляемой в шпурах хим. составами, заключёнными в спец. ампулы, этого же вида крепи из полимерных материалов, металлич. трубчатой анкерной крепи, закрепляемой взрывным и др. способами. Создаются гидрофицир. передвижные крепи для временного поддержания кровли в призабойной части подготовит. выработок.

Литература: Заславский Ю. З., Мостков B. M., Крепление подземных сооружений, M., 1979; СНиП II-94-80. Строительные нормы и правила, ч. 2 Нормы проектирования, M., 1982.

Б. M. Усан-Подгорнов.