Специальный двутавр серии С применяют прежде всего для армировки вертикальных шахтных стволов. Из него изготавливают расстрелы — горизонтальные балки, на которых закрепляют проводники клетей и скипов, лестничные отделения, трубопроводы, кабели и другое оборудование.

При этом армировку нельзя путать с крепью ствола. Давление горного массива воспринимает бетонная, железобетонная, тюбинговая или другая проектная крепь, а расстрелы обеспечивают геометрию и работу внутреннего оборудования. Поэтому профиль серии С выбирают по нагрузкам на конкретный ярус, а не только по глубине шахты.

Назначение и особенности двутавра серии С

ГОСТ 19425-74 распространяется на горячекатаные двутавры серии М для подвесных путей и серии С для армировки шахтных стволов. В Казахстане стандарт действует, но регулирует прежде всего сортамент: форму профиля, размеры, массу, допуски и справочные характеристики сечения.

Внутренние грани полок двутавра серии С имеют уклон не более 16%. Профиль отличается сравнительно толстой стенкой и массивными полками, что удобно для устройства расстрелов, опорных участков и болтовых соединений. Однако серия С не является универсально прочнее всех двутавров Б, Ш или К — каждый профиль должен проходить расчёт в составе конкретной конструкции.

Для сравнения с обычными строительными профилями можно использовать материал о том, как выбрать двутавровую балку.

Сортамент двутавров серии С по ГОСТ 19425-74

Профиль Высота h, мм Ширина полки b, мм Толщина стенки s, мм Средняя толщина полки t, мм Масса 1 м, кг Wx, см³ Wy, см³
14С 140 80 5,5 9,1 16,9 102 16,2
20С 200 100 7,0 11,4 27,9 237 31,8
20Са 200 102 9,0 11,4 31,1 250 33,3
22С 220 110 7,5 12,3 33,1 310 41,5
27С 270 122 8,5 13,7 42,8 485 56,7
27Са 270 124 10,5 13,7 47,0 507 59,0
36С 360 140 14,0 15,8 71,3 964 88,3

Масса рассчитана по номинальным размерам при плотности стали 7,85 г/см³. Значения Wx и Wy показывают момент сопротивления относительно главной и слабой осей, но сами по себе не определяют допустимую нагрузку. Для выбора профиля необходимо учитывать схему опирания, пролёт расстрела, узлы крепления и динамические воздействия.

Как рассчитывают расстрелы шахтного ствола

Расстрелы работают как элементы пространственной системы армировки. Помимо собственной массы, они воспринимают нагрузки от закреплённых проводников, трубопроводов, кабелей и оборудования, а также горизонтальные усилия, возникающие при взаимодействии подъёмного сосуда с проводниками.

При расчёте учитывают:

  • собственный вес расстрела и закреплённых конструкций;
  • горизонтальные и вертикальные усилия от проводников;
  • динамические воздействия при движении клети или скипа;
  • монтажные, ремонтные и предусмотренные проектом аварийные нагрузки;
  • ослабление стенки и полок отверстиями;
  • коррозионное уменьшение рабочего сечения;
  • совместную работу расстрела, креплений и опорных узлов.

Профиль проверяют на изгиб относительно обеих осей, поперечную силу, прогиб, общую и местную устойчивость. Отдельно рассчитывают опорные участки, сварные или болтовые соединения и крепление расстрела к конструкции ствола.

Выбирать 20С, 27С или 36С только по глубине шахты нельзя. Два ствола одинаковой глубины могут существенно отличаться по расположению ярусов, массе оборудования, скорости подъёма, типу проводников и действующим нагрузкам.

Выбор марки стали

ГОСТ 19425-74 не закрепляет одну обязательную марку стали. Технические требования назначают по ГОСТ 535 или другому документу, указанному в заказе и проектной спецификации.

  • Ст3сп применяют в конструкциях, для которых достаточно её расчётных характеристик и подтверждены условия эксплуатации, свариваемость и температурный режим.
  • 09Г2С рассматривают при повышенных требованиях к прочности и ударной вязкости, в том числе для неотапливаемых и холодных участков. Необходимая категория проката должна быть указана в проекте.

Глубина более 300 метров сама по себе не делает 09Г2С обязательной. Решение принимает проектировщик по результатам расчёта и с учётом минимальной температуры, динамики подъёмной установки, ответственности узла и технологии соединений.

Следует учитывать, что 09Г2С не относится к коррозионностойким сталям. Влажность и минерализованная вода требуют отдельной системы защиты независимо от выбранной марки.

Где применяют двутавр серии С

  • Расстрелы армировки. Горизонтальные элементы ярусов, закрепляемые в шахтном стволе.
  • Опоры проводников. Конструкции для установки и выверки направляющих клетей и скипов.
  • Лестничные отделения. Несущие элементы площадок, лестниц и защитных перегородок.
  • Крепления коммуникаций. Опоры трубопроводов, кабельных трасс и вспомогательного оборудования.

Для рамной крепи горизонтальных выработок, тоннельных порталов и распорных систем котлованов серия С может применяться только по отдельному проекту. В таких конструкциях нередко эффективнее использовать профиль СВП, широкополочный двутавр, трубу или сварное сечение.

Резка, стыковка и монтаж армировки

Тип соединений задаётся рабочими чертежами. Болтовые узлы удобны при монтаже и замене элементов, но не являются обязательной заменой сварки. Сварные соединения выполняют по утверждённой технологии с учётом марки стали, толщины профиля и требований промышленной безопасности объекта.

  • Резка. Для получения ровного торца применяют ленточнопильное или разрешённое проектом термическое оборудование. После плазменной или газовой резки кромки очищают и проверяют.
  • Отверстия. Их расположение и диаметр назначают по чертежу. Самовольное прожигание отверстий может ослабить стенку и создать концентраторы напряжений.
  • Наклонные полки. Если головка болта или гайка опирается на внутреннюю грань полки, используют подходящие косые шайбы либо проектные выравнивающие детали.
  • Выверка. После монтажа контролируют отметки ярусов, положение расстрелов, соосность проводников, зазоры и затяжку крепежа.
  • Защита покрытия. Повреждённые при резке, сверлении или сварке участки очищают и восстанавливают по принятой системе антикоррозионной защиты.

Для подготовки хлыстов под проект можно заранее заказать резку металлопроката в размер. Это уменьшает объём подземных работ и упрощает сборку ярусов.

Защита от коррозии и контроль в эксплуатации

Систему покрытия выбирают по составу шахтной воды, влажности, температуре, расчётному сроку службы и требованиям пожарной безопасности. Универсальной толщины покрытия для всех стволов нет.

Защита обычно включает подготовку поверхности, грунтовочный слой и совместимое финишное покрытие. Дополнительно предусматривают отвод воды, исключение щелей, где задерживается влага, и доступ для осмотра конструкций.

Армировка действующего ствола требует регулярного визуального и инструментального контроля. Проверяют коррозию, остаточную толщину, деформацию расстрелов, состояние соединений, положение проводников и установленные проектом зазоры. Опасные дефекты должны устраняться по утверждённому плану производства работ.

Что проверить при заказе двутавра серии С

  • номер профиля: 14С, 20С, 20Са, 22С, 27С, 27Са или 36С;
  • марку, класс и категорию стали по проекту;
  • точность прокатки — обычную или высокую;
  • мерную, кратную мерной или немерную длину;
  • сертификат качества и соответствие маркировки заказу;
  • необходимость резки, сверления и подготовки деталей;
  • требования к антикоррозионной защите.

По ГОСТ 19425-74 профили изготавливают длиной от 4 до 13 метров. Хлысты 11,7 и 12 метров распространены на рынке, но не являются единственными стандартными вариантами.

Часто задаваемые вопросы

Чем армировка шахтного ствола отличается от крепи?

Крепь удерживает окружающий горный массив и обеспечивает устойчивость выработки. Армировка размещается внутри готового ствола и включает расстрелы, проводники, лестничные отделения и элементы крепления коммуникаций.

Что означает буква «а» в обозначениях 20Са и 27Са?

Так обозначается усиленная модификация профиля. При одинаковой высоте у неё увеличены ширина полок и толщина стенки, поэтому возрастают масса и характеристики сечения.

Можно ли заменить двутавр серии С балкой Б или Ш?

Можно только после перерасчёта армировки и переработки узлов крепления. У профилей отличаются размеры, форма полок и характеристики относительно обеих осей, поэтому простая замена по одинаковой высоте недопустима.

Можно ли использовать серию С для крепления горизонтальной выработки?

Только если это предусмотрено проектом. ГОСТ 19425-74 назначает серию С для армировки шахтных стволов, а для рамной крепи могут быть эффективнее специальные взаимозаменяемые профили СВП или другие расчётные сечения.

Чем серия С отличается от монорельсовой серии М?

Обе серии входят в ГОСТ 19425-74, но имеют разное назначение. Серия С предназначена для армировки шахтных стволов, а серия М — для подвесных путей. Подробнее об этом рассказано в статье про монорельсовый двутавр серии М.

Вывод

Специальный двутавр серии С выбирают для расстрелов и других элементов армировки шахтных стволов по нагрузкам, расчётной схеме, температуре, коррозионной среде и проектным узлам. Сам ГОСТ 19425-74 определяет сортамент, но не заменяет расчёт конструкции. В каталоге АТЛАНТ Snab City представлена Балка двутавровая металлическая с возможностью подбора профиля, резки в проектный размер и доставки по Казахстану.