Кирпичная крепь — одна из старейших конструкций шахтных стволов. Долгие десятилетия эксплуатации в водонасыщенных породах приводят к её постепенному разрушению: вымыванию раствора из швов, отслоению кирпича, потере прочности. На одном из польских угольных стволов, пройденном в 1958–1962 годах с применением замораживания, повреждения кирпичной кладки обнаружились на глубине 150–153 м. Ремонт был выполнен заменой повреждённого участка на бетонные блоки высокой прочности, а результаты работ легли в основу предложений по изменению польского стандарта.
Причины разрушения кирпичной крепи
Ствол диаметром 6,0 м, пройденный с замораживанием, эксплуатировался несколько десятилетий. В ходе работ по демонтажу армировки на глубине 150–153 м (между расстрелами 51 и 52) обнаружились локальные отслоения кирпичной кладки практически по всему периметру. Глубина разрушения достигала 20 см. Часть отслоившегося кирпича обрушилась в ствол в результате работ.
Причины повреждений:
Важно, что в зоне повреждения не наблюдалось открытых водопритоков из-за крепи — только локальные увлажнения. Водоносные горизонты (пески, песчаники) залегали выше и ниже ремонтируемого участка.
Временная защита перед ремонтом
До начала основных ремонтных работ была выполнена временная защита от возможного обрушения кладки:
Такая конструкция удерживала отслоившийся кирпич до начала замены крепи.
Расчёт нагрузки и требуемой толщины
Для проектирования ремонта были определены расчётные параметры:
Требуемая толщина крепи рассчитывалась по формуле из польского стандарта PN-G-05015:1997, где внутренний радиус ствола — 3 м, коэффициент запаса — 2,0. В качестве материала выбраны бетонные блоки (бетониты) типа BS2 класса C30/37 (B37) на цементном растворе марки M20.
Расчётная толщина крепи из блоков B37 на растворе M20 составила 53,5 см. Принято конструктивное решение — 55 см, что соответствует 1,5 блока: внутреннее кольцо 36 см (бетонит BS2 тип C), шов 1 см, наружное кольцо 18 см (бетонит BS2 тип PP — половинный).
Технология ремонта
Ремонт выполнялся путём замены повреждённой кирпичной кладки на бетонные блоки. Последовательность работ:
Применение бетонных блоков повышенной прочности (C30/37) вместо кирпича позволило обеспечить несущую способность крепи при меньшей толщине стены. Кладка велась на растворе повышенной адгезии, устойчивом к агрессивной среде.
Предложения по изменению стандарта
На основе выполненных работ и анализа существующих норм авторы предложили внести изменения в польский стандарт PN-G-14002:1997 (бетонные блоки для крепи горных выработок):
Для рассматриваемого ствола применение коэффициента s = 1,7 (вместо 2,0) и блоков класса B37 на растворе M20 дало бы требуемую толщину стены 43,6 см вместо 53,5 см — экономия 10 см. При градации блоков через 5 см достаточно стены толщиной 45 см.
Ремонт кирпичной крепи бетонными блоками высокой прочности — эффективное решение для стволов, длительно эксплуатируемых в водонасыщенных породах. Основные выводы:
Источник: Vertical and Decline Shaft Sinking - Good Practices in Technique and Technology. International Mining Forum 2015. Cracow, Poland
Фото: https://vlg.aif.ru/
Причины разрушения кирпичной крепи
Ствол диаметром 6,0 м, пройденный с замораживанием, эксплуатировался несколько десятилетий. В ходе работ по демонтажу армировки на глубине 150–153 м (между расстрелами 51 и 52) обнаружились локальные отслоения кирпичной кладки практически по всему периметру. Глубина разрушения достигала 20 см. Часть отслоившегося кирпича обрушилась в ствол в результате работ.
Причины повреждений:
- высокая водонасыщенность кладки — кирпич находился в постоянном контакте с влагой;
- низкая прочность кирпича при водонасыщении — испытания образцов показали разрушение при средней прочности 12,1 МПа;
- высокая водопоглощаемость кирпича — материал интенсивно впитывал воду;
- длительный срок эксплуатации без ремонта — кладка исчерпала ресурс.
Важно, что в зоне повреждения не наблюдалось открытых водопритоков из-за крепи — только локальные увлажнения. Водоносные горизонты (пески, песчаники) залегали выше и ниже ремонтируемого участка.
Временная защита перед ремонтом
До начала основных ремонтных работ была выполнена временная защита от возможного обрушения кладки:
- стальная сетка уложена по поверхности крепи;
- анкеры длиной 0,5 м приклеены к кладке и закреплены к сетке;
- продольные швеллеры длиной 1,2 м установлены через каждые 1,5 м по окружности ствола и приболчены к крепи.
Такая конструкция удерживала отслоившийся кирпич до начала замены крепи.
Расчёт нагрузки и требуемой толщины
Для проектирования ремонта были определены расчётные параметры:
- объёмный вес пород — 0,22 МН/м³;
- угол внутреннего трения — 25°;
- глубина расчётного сечения — 153 м;
- расчётная равномерная нагрузка на крепь — 1,31 МПа.
Требуемая толщина крепи рассчитывалась по формуле из польского стандарта PN-G-05015:1997, где внутренний радиус ствола — 3 м, коэффициент запаса — 2,0. В качестве материала выбраны бетонные блоки (бетониты) типа BS2 класса C30/37 (B37) на цементном растворе марки M20.
Расчётная толщина крепи из блоков B37 на растворе M20 составила 53,5 см. Принято конструктивное решение — 55 см, что соответствует 1,5 блока: внутреннее кольцо 36 см (бетонит BS2 тип C), шов 1 см, наружное кольцо 18 см (бетонит BS2 тип PP — половинный).
Технология ремонта
Ремонт выполнялся путём замены повреждённой кирпичной кладки на бетонные блоки. Последовательность работ:
- удаление повреждённого кирпича на глубину отслоения;
- укладка бетонных блоков BS2 типа C (36 см) со стороны ствола;
- заполнение шва цементным раствором M20;
- укладка бетонных блоков BS2 типа PP (18 см) в наружное кольцо;
- уплотнение и выдержка раствора.
Применение бетонных блоков повышенной прочности (C30/37) вместо кирпича позволило обеспечить несущую способность крепи при меньшей толщине стены. Кладка велась на растворе повышенной адгезии, устойчивом к агрессивной среде.
Предложения по изменению стандарта
На основе выполненных работ и анализа существующих норм авторы предложили внести изменения в польский стандарт PN-G-14002:1997 (бетонные блоки для крепи горных выработок):
- расширить классы бетонных блоков — от C16/20 до C40/50 (вместо существующего ограниченного диапазона);
- ввести градацию длины блоков каждые 5 см (для точного подбора толщины стены);
- при категории I элементов и категории A работ разрешить снижение коэффициента запаса s с 2,0 до 1,7 (в благоприятных гидрогеологических условиях);
- учесть, что бетонные блоки из высокопрочных бетонов имеют большую долговечность, чем кирпич.
Для рассматриваемого ствола применение коэффициента s = 1,7 (вместо 2,0) и блоков класса B37 на растворе M20 дало бы требуемую толщину стены 43,6 см вместо 53,5 см — экономия 10 см. При градации блоков через 5 см достаточно стены толщиной 45 см.
Ремонт кирпичной крепи бетонными блоками высокой прочности — эффективное решение для стволов, длительно эксплуатируемых в водонасыщенных породах. Основные выводы:
- кирпичная кладка при водонасыщении теряет прочность и требует замены;
- бетонные блоки класса C30/37 на растворе M20 обеспечивают необходимую несущую способность при толщине стены 55 см;
- применение высокопрочных блоков и корректировка коэффициента запаса позволяют уменьшить толщину стены и снизить материалоёмкость ремонта;
- существующий польский стандарт PN-G-14002:1997 нуждается в обновлении — расширении классов блоков и введении градации размеров.
Источник: Vertical and Decline Shaft Sinking - Good Practices in Technique and Technology. International Mining Forum 2015. Cracow, Poland
Фото: https://vlg.aif.ru/