Способ крепления горной выработки

 

Изобретение относится к горной промышленности , в частности к способам крепления выработок в сложных условиях сильно пучащих пород и большого всестороннего горного вдавления. С целью повышения надежности крепления за счет увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку. Прдольную силу в растяжке определяют из выражения N 0,405 а + 25 Е J где а Ер Sp N - продольная сила в растяжке, МН; .а - полупролет сечения крепи, м; Е - модель упругости материала рамы крепи, МПа; J - момент инерции сечения рамы крепи, м4; Ер - модуль упругости материала растяжки, МПа; Sp - площадь сечения растяжки, м2; q - расчетная вертикальная нагрузка, МН/м. В качестве растяжки используют либо арматурный стержень, либо канат. В первом случае растяжку жестко соединяют с крепежными элементами, а диаметр стержня определяют по формуле .61 ., где d-диаметр стержня, м; Rp - предел прочности материала арматурного стержня на растяжение, МПа; 1,61 - расчетный коэффициент. Во втором случае растяжку огибают вокруг стоек и закрепляют в выработке зажимами. Диаметр каната определяют на расчетную продольную силу по соответствующим ГОСТам. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. Ј XI ю СО СО СО СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 D 11!14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799166/03 (22) 05.03.90 (46) 30.03.92. Бюл. М 12 (71) Московский горный институт (72) А.Н.Воробьев, С.П.Коптилов., B.È.Êîòåнев и В.Л.Попов (53) 622.281.5(088.8) (56) Гелескул М.Н. и Каретников В.Н. Справочник по креплению капитальных и подготовительных выработок. M.: Недра, 1982, с.

3,8.

Максимов А.П. Горное давление и крепь выработки. М.: Недра, 1973, с.168, рис. 96, (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ (57) Изобретение относится к горной промышленности. в частности к способам крепления выработок в сложных условиях сильно пучащих пород и большого всестороннего горно о вдавления. С целью повышения надежности крепления за счет увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку.

Прдольную силу в растяжке определяют из

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам крепления выработок в сложных условиях сильно пучащих пород и большого всесто-. роннего горного давления.

Известен способ крепления горной выработки, включающий возведение рам крепи из двутавра с жестким соединением в вершине свода.

„„5U„„1723333 А1. а2 выражения N—, где

0 405 а + 25 Е 3 а . Ер $р

N — продольная сила в растяжке, МН; а— полупролет сечения крепи, м; Š— модель. упругости материала рамы крепи, МПа; J— момент инерции сечения рамы крепи,м;

Ер — модуль упругости материала растяжки, МПа; Sp — площадь сечения растяжки, м;

2.

q — расчетная вертикальная нагрузка, МН/м. В качестве растяжки используют либо арматурный стержень, либо канат. В первом случае растяжку жестко соединяют с крепежными элементами, а диаметр стержня определяют по формуле

d - 1,61 ц а, где d — диаметр стержня, Rp м; Rp — предел прочности материала арматурного стержня на растяжение, МПа;

1,61 — расчетный коэффициент. Во втором случае растяжку огибают вокруг стоек и закрепляют в выработке зажимами. Диаметр каната определяют на расчетную продольную силу по соответствующим ГОСТам. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Недостатком данного способа является непротиводействие со стороны пучащих пород почвы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления горной выработки, включающий возведение замкнутых рам посредством последовательного жесткого соединения верхняка со стойками и стоек с обратным сводом.

1723333

Недостаток известного способа обусловлен низкой надежностью крепления на давление пучащих пород почвы.

Цель изобретения — повышение надежности крепления путем увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу крепления горной выработки, включающему возведение замкнутых рам посредством последовательного жесткого соединения верхняка со стойками и стоек с обратным сводом, в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку, при этом продольную силу в ней определяют из выражения . г

0,405 а + а Ep Sp где N — продольная сила в растяжке, МН;

g — расчетная вертикальная нагрузка, МН!м; а — полупролет сечения крепи, м, Š— модуль упругости материала рамы крепи, МПа; 3 — момент инерции сечения рамы крепи,м;

Ep — модуль упругости материала растяжки, Mila;

Sp — площадь сечения растяжки, м .

В качестве растяжки используют арматурный стержень, диаметр которого определяют из выражения

161 . 9 а, Rp где d — диаметр растяжки (арматурного стержня), м;

Rp — предел прочности материала растяжки на растяжение, МПа;

1,61 — расчетный коэффициент.

Кроме того, в качестве растяжки используют канат, который огибают вокруг стоек и закрепляют зажимами, . На фиг.1 показана рама крепи; нв фиг.2-узел! на фиг.1(соединение растяжки в виде арматурного стержня); на фиг.3узел И на фиг.1 (соединение растяжки в виде каната); на фиг.4 —.расчетная схема рамы крепи; на фиг.5— - эпюра изгибающих моментов в раме крепи без растяжки; на фиг.6— эпюра изгибающих моментов в раме крепи с растяжкой.

Способ осуществляют следующим образом.

Замкнутую раму крепи (фиг,1) возводят из последовательно жестко соединяемых между собой верхняка 1, стоек 2 и обратного свода 3. Раму выполняют из двутаврового прокатного профиля 1ФМ16-26 в зависимости от типоразмеров выработок.

Соединение элементов 1 — 3 рамы крепи осу5 ществляют посредством торцовых накладок

4, скрепляемых болтовой связью 5.

Для значительного усиления рамы последнюю снабжают растяжкой б„закрепляемой на стойках 2 в месте их соединения с

10 обратным сводом 3, В качестве растяжки 6 может быть использован арматурный стержень(фиг.2), жестко соединяемый с крепежным элементом 7, который выполняют в виде отрезка спецпрофиля СВП и привари15 вают к стойкам 2 фланцами 8. Соединение может быть осуществлено посредством пропуска стержня 6 через отверстие 9 в спецпрофиле и затягивания гайкой 10 (стержень должен быть выполнен с резьбой на кон20 цах).

В качестве растяжки 6 может быть использован канат (фиг.3}, который огибают вокруг стоек 2 рамы и закрепляют зажимами

11. Расположение растяжки в узлах соеди25 нения стоек с обратным сводом на загромождает сечения выработки и, кроме того, существенно повышает несущую способность как обратного свода, так и рамы в целом, 30 В качестве расчетной принимают вертикальную нагрузку (фиг,4). Неучет отпора со стороны окружающих пород идет в запас прочности.

Конструкцию крепи в соответствии с

35 предлагаемым способом впоследствие омоноличивают. Работу бетона в запас прочности тоже не учитывают. Однако с учетом многочисленных случаев деформирования внутрь выработки обратного свода от пуче40 ния пород эти запасы небольшие..

В соответствии с известным способом крепления обратный свод из-за малой кривизны работает как балка, в результате чего в нем возникают значительные изгибающие

45 моменты (фиг.5), После возведения крепи за ней неизбежно остается пустое пространство, которое забучивается породой. В силу того, что модуль деформации забутовки значительно меньше модуля деформации окру50 жающего породного массива и в закрепном ттространстве остаются пустоты, в результате пучащего действия со стороны почвы стойки несколько смещаются в сторону породного массива. Этого достаточно для зна55 чительных деформаций обратной свода в сторону выработки.

При установке растяжки 6(фиг,1) стойки

2 рамы крепи фиксируются — растяжка препятствует их перемещениям. Эпюра изгибающих моментов, соответствующая

1723333 предлагаемому решению, показана на фиг.6. Как видно из этой эпюры, изгибающие моменты в обратном своде 3 уменьшаются более чем на порядок. Одновременно в два раза уменьшаются наибольшие изгибающие моменты в верхняке.1.

Произведенный методом сил расчет рамы, усиленной растяжкой 6, показал, что продольная сила в растяжке определяется следующим соотношением: а2

0,405 а -+ 25 Е 3 а Ер Sp где N — продольная сила в растяжке, МН;

q — расчетная вертикальная нагрузка, MH/ì; а — полупролет сечения крепи, м;

Š— модуль упругости материала рамы крепи, МПа;

J — момент инерции сечения рамы крепи,м;

Ep — модуль упругости материала рас, тяжки, Mila;

Sp — площадь сечения растяжки, м .

Эта формула является исходной для нахождения диаметра растяжки. Если в качестве растяжки используют арматурный стержень, то его диаметр, считая Е - Ep, определяют из выражения

d = 1,61 Яэ

Rp где d — диаметр растяжки (арматурного стержня), м;

Rp - предел прочности материала арматурного стержня йа растяжение, МПа;

1,61 — расчетный коэффициент.

В соответствии с этим, считая для крепи типа МА3-1 а = 1,9 м, принимая

q = 0,04 МН/м (Q = 0,04 1,9 ° 2 = 0 152

M H - 15,2 т), Яр = 300 МПа (арматура класса

А-1), находят d = 2,56 см.

В качестве растяжки можно использовать арматурный стержень кл. А — 1 диаметром 26 мм, . Для определения диаметра растяжки в виде каната необходимо предварительно вычислить значение продольной силы N. При тех же исходных данных, считая в качестве прокатного профиля двутавр N. 16 (МАЗ-1) с

3 -873 см по ГОСТ 8239-72, считая Ер = Е, 0 0,02 м. находят и - 0,127 MH = 12,7 т.

Канаты и зажимы к ним можно подобрать, например, в соответствии с ГОСТ

3067-88, ГОСТ 3066/80, ГОСТ 13186-67, СТП 19-84 и др. B соответствии с ГОСТ

2.а

О,405 а+ а Ер $р

N— где q — расчетная вертикальная нагрузка, МН/м; а — полупролет сечения крепи, м;

Š— модуль упругости материала рамы крепи, МПа;

J — момент инерции сечения рамы крепи,м;

Ep — модуль упругости материала растяжки, МПа;

Sp — площадь сечения растяжки, м .

2. Способ поп.1,отл ича ющийся тем, что в качестве растяжки используют арматурный стержень, диаметр d которого определяют из выражения

50 =161 . а,м, Rp где Rp — предел прочности материала растяжки на растяжение, МПа; . 1,61 — расчетный коэффициент.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестев растяжки используют канат, который огибает вокруг стоек и закрепляют зажимами.

3067-88 для данных условий подходит стальной канат диаметром 16 мм маркировочной группы 1670 (170 кг/мм ) и зажим

М 16 по СТП 19-84.

5 Для установки растяжки иэ арматурного стержня крепежные элементы 7 целесообразно приваривать к стойкам 2 заранее в заводских условиях.

Таким образом, предлагаемое техни10 ческое решение повышает надежность крепления зэ счет увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом, а также при прочих равных условиях дает. возможность уменьшить материалоемкость

15 крепи за счет увеличения шага установки рам.

Формула изобретения

1. Способ крепления горной выработки, включающий возведение замкнутых рам по20 средством последовательного жесткого соединения верхняка со стойками и стоек с обратным сводом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности крепления за счет увеличения несущей способ25 ности обратного свода и крепи в целом, в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку, при этом продольную силу N в ней определяют из выраже30 ния

1723333 ййййййййййййййй!

1723333 ф=л;у

0N5P

РРУуа

4ÜÐ.5 дг/ЕФуг

Составитель Л. Березкина

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор А. Orap

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1053 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5