Комбинированная крепь «бетон + два стальных цилиндра»: эволюция конструкции и несущая способность

С ростом глубин и усложнением гидрогеологических условий традиционная железобетонная крепь перестала обеспечивать требуемую несущую способность. Начиная с 1980-х годов в Китае стала внедряться комбинированная крепь — два стальных цилиндра с бетонным заполнением между ними. Физические испытания, проведённые в Аньхойском университете науки и технологии, показали, что разрушающая нагрузка такой конструкции достигает 41 МПа — на 30–40% выше, чем у обычного бетона.

Эволюция конструкций крепи

Первый этап — железобетонная крепь. Применялась на начальном этапе развития слепого бурения (1960–1970-е годы). Расчёт вёлся по теории толстостенных цилиндров (формулы Ламе). Конструкция использовалась на стволах небольшой глубины в устойчивых породах.

Второй этап — комбинированная крепь «бетон + стальные цилиндры». С 1980-х годов, с увеличением глубин до 500–700 м, разработана многослойная система:

• внутренний стальной цилиндр — толщина 16–20 мм;
• наружный стальной цилиндр — толщина 16–20 мм;
• бетонное заполнение — высокопрочный бетон класса C65/75 и выше;
• U-образные анкеры на внутреннем цилиндре для связи со бетоном.

Конструктивные элементы сегмента

На примере вентиляционного ствола шахты Чжанцзи (провинция Аньхой, Китай):

• внутренний цилиндр — сталь 16 мм;
• наружный цилиндр — сталь 20 мм;
• бетонное заполнение — класс C65/75, объём около 70 м³;
• верхний фланец — с прорезями для бетонирования и подвески;
• нижний фланец — с отверстиями для инъекции раствора в стыки.

Общая масса сегмента высотой 3 м — 183 тонны (из них 7,5 т — сталь).

Несущая способность

Физические испытания моделей в Аньхойском университете показали:

• разрушающая нагрузка комбинированной крепи — 29,5–41,0 МПа;
• разрушающая нагрузка железобетонной крепи — 21,5–31,0 МПа.

Применение стальных цилиндров повышает несущую способность на 30–40% без увеличения габаритов.

Применение в Китае

К 2015 году методом слепого бурения с комбинированной крепью пройдено более 100 стволов суммарной глубиной свыше 22 км. Основные объекты:

• шахта Баньцзи (2007 г.) — диаметр бурения до 10,8 м, глубина до 642 м;
• шахта Чжанцзи (2007–2008 гг.) — диаметр до 10,8 м, внутренний диаметр до 8,3 м;
• шахта Лунгу (2004–2007 гг.) — глубина до 581 м;
• шахта Синху (2012 г.) — глубина 472 м, диаметр 9,6 м.

Заключение

Комбинированная крепь — результат эволюции конструкций для глубоких стволов. Её несущая способность на 30–40% выше, чем у традиционной железобетонной крепи. Основные преимущества:

• высокая несущая способность (до 41 МПа);
• водонепроницаемость (стальные цилиндры — барьер для воды);
• изготовление на поверхности с контролем качества.

Дальнейшее развитие связано с применением бетонов класса C80 и выше и оптимизацией конструкции для снижения металлоёмкости.

_{Источник: Vertical and Decline Shaft Sinking - Good Practices in Technique and Technology. International Mining Forum 2015. Cracow, Poland
Фото: https://sight-power.com/}