Арочная шарнирно-податливая крепь

 

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и предназначено для крепления горных выработок и подземных сооружений. Цель - повышение несущей способности крепи и сокращение затрат на изготовление. Крепь состоит из соединенных в своде посредством шарнира полуарок (ПА) 1 и 2. Шарнирно с ПА 1 и 2 соединены опорные плиты (ОП) 5 с упорами 6 на концах, установленные наклонно к ПА 1 и 2 Внутренний конец ОП 5 расположен ниже внешнего. Каждая ПА 1 и 2 выполнена по форме боковой ветви квадратной параболы и установлена на внутреннем конце ОП 5 с возможностью перемещения по ней к внешнему концы ОП 5 до контакта с упором 6 и приобретения ПА 1 и 2 крепи формы квадратной параболы. Угол а наклона ОП 5 к горизонтальной оси крепи определяется по формуле p a arctg(//,-KV:) / (V,+КН.)}, где Н - горизонтальный распор одной ПА; V - вертикальная нагрузка на одну ПА; К - коэффициент трения скольжения, 0 - угол между вертикальной осью крепи и прямой , соединяющей шарнир в своде с шарниром на ОП 5. Изменением угла а наклона ОП 5 можно регулировать сопротивление сдвижению пят 4 ПА 1 и 2. В результате встречных смещений породы и звеньев и их контакта в работу включается отпорность породы, оказывающая разгружающее воздействие на крепь. 3 ил. Ј (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1642022 А1 (51)5 Е 21 D 11 14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4418121/03 (22) 28.04.88 (46) 15.04.91. Бюл. № 14 (71) Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промы шленны х зданий и сооружений (72) Г. П. Надеждин, И. П. Романов, В. П. Деев и В. С. Гусев (53) 622.281.5 (088.8) (56) Гелескул М. Н. и др. Справочник по креплению горных выработок. М.: Недра, 1976, с. 59, рис. 27.

Авторское свидетельство СССР № 619666, кл. Е 21 D 11/14, 1976. (54) АРОЧНАЯ ШАРНИРНО-ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ (57) Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и предназначено для крепления горных выработок и подземных сооружений. Цель — повышение несущей способности крепи и сокращение затрат на изготовление. Крепь состоит из соединенных в своде посредством шарнира полуарок (ПА) 1 и 2. Шарнирно с ПА 1 и 2 соединены опорные плиты (ОП) 5 с упорами 6 на концах, установленные наклонно к IlA 1 и 2.

Внутренний конец ОП 5 расположен ниже внешнего. Каждая ПА 1 и 2 выполнена по форме боковой ветви квадратной параболы и установлена на внутреннем конце ОП 5 с возможностью перемещения по ней к внешнему концы ОП 5 до контакта с упором 6 и приобретения ПА 1 и 2 крепи формы квадратной параболы. Угол а наклона ОП 5 к горизонтальной оси крепи определяется по формуле <а<агс1д f (H; — CV;) / (V;+KH,) J, где H — горизонтальный распор одной ПА; — вертикальная нагрузка на одну ПА;

К вЂ” коэффициент трения скольжения; р угол между вертикальной осью крепи и прямой, соединяющей шарнир в своде с шарниРом на ОП 5. Изменением угла с, наклона

ОП 5 можно регулировать сопротивление сдвижению пят 4 ПА 1 и 2. В результате встречных смещений породы и звеньев и их контакта в работу включается отпорность породы, оказывающая разгружающее воздействие на крепь. 3 ил.

1642022 у= -(1 — x), 4f

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству, а именно к конструкции арочной податливой крепи горных выработок и обделок преимущественно сводовой части подземных сооружений.

Цель изобретения — повышение несущей способности крепи и сокращение затрат на изготовление.

На фиг. 1 изображена крепь, общий вид; на фиг. 2 — то же, в работе; на фиг. 3— узел 1 на фиг. 2.

Арочная шарнирно-податливая крепь включает две полуарки 1 и 2, соединенные в своде шарниром, например, в виде болтового узла 3. Полуарки 1 и 2 шарнирно опираются пятами 4 на опорные плиты 5, выполняемые с отогнутыми упорами 6. Опорные плиты 5 укреплены на стенах 7 подземного сооружения или в подошве 8 выработки с наклоном к полуаркам 1, 2 вовнутрь, т. е. внутренний конец плиты расположен ниже внешнего. Крель в продольном направлении раскрепляется распорками, а по контуру крепи устанавливается затяжка (не показана), воспринимающая давление кровли 9.

Каждая полуарка 1 и 2 выполнена по форме долевой ветви квадратной параболы, а арка в конечном положении, когда пяты полуарок контактируют с внешним упором 6, имеет вид квадратной параболы, описываемой формулой где У, Х вЂ” соответственно ордината и абсцисса оси;

l — пролет крепи;

/ — стрела подъема.

Каждое звено двухзвенной крепи составляет одну ветвь параболы от ее вершины, совмещенной с шарнирным соединением звеньев. Опорные плиты 5 при необходимости выполняются с шероховатостью, что определяется расчетом из условий создания достаточного сопротивления смещения звеньев от горного давления, как средства поддержания кровли, обеспечения ее постепенного оседания. Изменением угла наклона а опорной плиты 5 можно регулировать сопротивление сдвижению пят 4 полуарок 1 и 2.

Пределы изменения и величина угла а определяются из соотношения действующих в опоре сил и размеров арки, исходя из условия P<>a)Pya, где Pca — сдвигающие силы;

P. — удерживающие силы, выражающиеся через параметры V;, Н;, К, р, где V;, H;— соответственно вертикальная нагрузка на одно звено арки и распор, определяемые по известным формулам для 3-шарнирной арки; К вЂ” коэффициент трения скольжения; р — угол между вертикальной осью арки и прямой, соединяющей средний и опорный (в пяте) шарниры.

Тогда пределы изменения угла а и формул а его on редел ен ия будут следую щи ми

55 <а< а гс(д — V вЂ”â€”

Н; — f(V; !

В качестве расчетного принимается наименьшее значение, определяемое для крайних положений пят на плите: в начальной точке ее, ближайшей к оси сооружения, и наиболее отдаленной, причем в первом случае с частичной загрузкой на участке пролета и во втором случае на всем пролете.

На фиг. 3 показаны действующие в опоре силы. На сопротивление сдвижению можно влиять изменением наклона а плит 5: повышением наклона увеличивают это сопротивление и наоборот. Наконец можно обеспечить увеличение сопротивления смещению звеньев 1 и 2 путем выполнения плиты 5 с переменным возрастающим углом ее наклона а, например созданием криволинейной с нарастающей кривизной поверхности.

Таким образом, опорные плиты 5 могут выделяться свойством оказывать механически изменяющееся, увеличивающееся сопротивление сдвижению звеньев и податливости крепи.

При !ем количественные значения проявлений перечисленных свойств можно задавать и определять расчетом необходимые для их осуществления параметры и конструктивные характеристики элементов устройств.

Устройство работает следующим образом. (фиг. 2 и 3) .

Полуарки 1 и 2 устанавливаются с упором их шарнира 3 в кровлю 9 выработки.

Для этого пяты 4 полуарок 1 и 2 смещаются к оси выработки до внутренних упоров 6 опорных плит 5 (пунктир на фиг. 2). Геометрические характеристики крепи в этом положении будут: пролет li, стрела подъема f!, а нагрузку составит давление смещающейся породы, соприкасающейся первоначально с крепыш на некотором участке b!. С течением времени при вертикальном смещении породы участок соприкосновения b; ее с крепыш, т. е. протяженность нагрузки по пролету, будет возрастать, а пяты звеньев смещаться в стороны по опорным плитам 5.

В процессе работы крепи ее параметры: геометрические f;, l;, участок загрузки b;, опорные реакции и внутренние усилия, будут иметь переменные значения, взаимно влияющие друг на друга. С ростом участка загрузки пролета b; увеличиваются вертикальное давление V; на опоры, распор Н; и соответственно составляющие их проекции на плоскость опорных плит 5 и нормаль к ним, которые будут представлять силы, удерживающие или сопротивления и сдвигающие (фиг. 3).

К первым относится также сила трения F v, равная Р Р =К%, где К вЂ” коэффициент трения, N — нормальная сила. Как указывалось, опорные плиты 5 могут выполняться с повышенной шероховатостью

1642022

H — KV; р(а(а rctg — —,— -, т !

Формула изобретения

Риг. 2 для увеличения сопротивления сдвижению, С раздвижкой пят 4 полуарок 1, 2 стрела подъема f; уменьшается, увеличивая распор согласно формуле его определения Н;= — - (21; — b;).

8f;

В предельном положении смещения пят 4 при упоре их во внешние упоры 6 крепь устанавливается по заданному очертанию рациональной оси — квадратной параболе, при этом в полной степени будут проявляться указанные положитеьные свойства— работа элементов крепи только на сжатие и отсутствие их изгиба.

В данном состоянии или в последующем с увеличением смещения V; породы со стороны кровли загрузка b; распространится по всему пролету l выработки. При этом с боковой стороны в результате встречных смещений породы и звеньев и их контакта включится в работу отпорность породы, которая оказывает положительное разгружающее воздействие на крепь.

Арочная шарнирно-податливая крепь, включающая полуарки, соединенные в своде посредством шарнира и имеющие опорные плиты с упорами на концах, шарнирно соединенные с полуарками и установленные наклонно к полуаркам, при этом внутрен5 ний конец плиты расположен ниже внешнего, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности крепи и сокращения затрат на изготовление, каждая пол арка выполнена по форме боковой ветви квадрат1р ной параболы и установлена на внут еннем конце опорной плиты с возможностью перемещения по ней к внешнему концу плиты до контакта с упором и приобретения аркой крепи формы квадратной параболы, при этом угол наклона опорных плит к горизонтальной оси крепи а определяется формулой

20 где Н вЂ” горизонтальный распор одного звена арки;

V — вертикальная нагрузка на одно звено арки;

К вЂ” коэффициент трения скольжен ия;

P — угол между вертикальной осью кре25 пи и прямой, соединяющей шарнир в своде с шарниром на опорной плите.

1642022

Составитель Л. Чистова

Редактор А. Долинич Техред А. Кравчук Корректор М. Пожо

Заказ 1131 Тираж 295 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !01