Способ крепления горной выработки

 

Использование: в горной промышленности , а именно к креплению горных выработок в сложных условиях большого всестороннего горного давления при различных коэффициентах бокового распора пород. Сущность изобретения: крепь возводят из прямолинейных стоек и верхняка шатрового типа, состоящего из прямолинейных элементов, соединенных в замковой части. Очертание возводимой крепи приближают к рациональному очертанию, которое определяют по формуле в соответствии с геометрическими параметрами крепи и коэффициентом бокового распора пород, Геометрические параметры крепи определяют из следующих Выражений: а г 1,8 +-Sj--1,8h 1 1 ,8 при b 1,34V A (h-1,8) h b + f+A; Ib - 2V(h.-h yz+(a-h 4j -)z hi arctg Ob arctg h-h1 a -h a -b 1,8 где а - половина ширины рамы крепи на уровне головки рельсов, м; b - половина ширины рамы крепи на уровне 1,8 м от головки рельсов, м; Я - коэффициент бокового распора пород; h - высота рамы крепи от уровня головки рельсов, м; lc, Ib длина стоек и верхняка, м; h1 - высота расположения узлов соединения верхняка со стойками от уровня головки рельсов, м; Л- часть стойки от уровня головки рельсов, закрепляемая в почве, м; %, оь - углы наклона стоек и элементов верхняка к горизонтальной плоскости при их закреплении, рад. Для повышения работоспособности возводимой крепи закрепление стоек в почве производят с возможностью податливости в вертикальном направлении.2 п.ф. 5 ил. (Л С 00 о ел о ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 0 11/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

,=Ь

+Д;

Ib = 2

hi— ) +А а, - агсщ —

1,8 а — Ь а «> при Ь > 1,34

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4929611/03 (22) 22.04.91 (46) 23.04.93. Бюл. ЬЬ 15 (71) Московский горный институт (72) А.Н.Воробьев, В.Н.Шашкин, В.С.Болкисев, И.В,Нестеренко, А.В.Погорелов, В.Г.Ершов и Г,B.Áîíäàðåíêo (56) Авторское свидетельство СССР

М 1504345, кл. B 21 D 11/14, 1987. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, (57) Использование: в горной промышленности, а именно к креплению горных выработок в сложных условиях большого всестороннего горного давления при различных коэффициентах бокового распора пород. Сущность изобретения: крепь возводят из прямолинейных стоек и верхняка шатрового типа, состоящего из прямолинейных элементов, сЪединенных в замковой части. Очертание возводимой крепи приближают к рациональному очертанию, которое определяют по формуле в соответствии с геометрическими параметрами крепи и коэффициентом бокового распора пород, Геометрические параметры крепи определяют . из следующих выражений:.. Ж 1810562 Al

h — h аь = arcing а — h —

1,8 где а — половина ширины рамы крепи на уровне головки рельсов, м; Ь вЂ” половина ширины рамы крепи на уровне 1,8 м от голо-, вки рельсов, м; 1 — коэффициент бокового распора пород; h — высота рамы крепи от уровня головки рельсов, м; Ic, Ib — длина стоек и верхняка, м; h — высота расположения узлов соединения верхняка со стойками от уровня головки рельсов, м; Ь вЂ” часть стойки от уровня головки рельсов, закрепляемая в почве, м; а„аь — углы наклона стоек и элементов верхняка к горизонтальной плоскости при их закреплении, рад. Для повышения работоспособности возводимой крепи закрепление стоек в почве производят с возможностью податливости в вертикальном направлении. 2 п.ф. 5 ил. I 810562 нему необходимо, т,к. это значительно повысит ее несущую способность.

В соответствии с изложенным, крепление выработки осуществляют приближенным к очертанию по выражению (1). посредством вписывания в него очертания крепи (фиг.1), Оптимальное очертание показано пунктиром.

Верхняк 1 и стойки 2 изготавливают из сдвоенных спецпрофилей 3, обращенных друг к другу и обьединенных между собой фланцами 4. Соединение фланцев 4 выполняется в заводских условиях. например, сваркой в отдельных местах по длине спецпрофилей (фиг,2,3), Стойки 2 делают прямолинейными, а верхняк 1 изготовляют из двух одинаковых прямолинейных элементов, соединенных, например, сваркой в замковой части 5. Выполнение верхняка 1 и стоек 2 прямолинейными позволяет делать рамы значительно усиленными вторым спецпрофилем 3 без их гнутья в разных плоскостях, что в настоящее время сложно и не обеспечивает достаточной точности.

Монтаж рамы производят в забое выработки посредством закрепления верхняка 1 на стойках 2 (фиг.4) и стоек 2 в почве (фиг.5), Закрепление верхняка 1 на стойках 2 осуществляют неразьемным соединением, например, на болтах 6 через фланцы 7. Фланцы 7 приваривают к верхняку 1 и стойкам 2 в процессе их изготовления под соответствующими углами. Болтовое соединение рассчитывают на срез и отрыв в зависимости от действующей нагрузки на возникающие в соединении поперечную, продольную силу и изгибающий момент.

Расчетные формулы получены следую- . щим образом.

0 Размеры конструкции крепи (фиг.1,2) показаны на срединной линии от уровня головки рельсов. При проектировании для перехода к сечению вчерне и в свету необходимо выполнить соответствующий пересчет с учетом высоты спецпрофилей, рельсов, толщины балластного слоя.

Считаем заданными высоту рамы крепи

h и ее ширину по высоте 1,8 м от уровня головки рельсов — 2 Ь. Данная ширина назначается в соответствии с правилами ТБ по зазорам.

В соответствии с (1) можно найти минимальную ширину крепи на уровне головки рельсов — 2 а, отвечающую рациональному сечению. Из (1) при х = (а - Ь) =«у(х) = 1,8

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к креплению горных выработок в сложных условиях большого всестороннего горного давления при различных значениях коэффициента бокового рэспора пород, Цель изобретения состоит в увеличении несущей способности возводимой крепи в условиях большого неравномерного горного давления. 10

На фиг. 1 показана расчетная схема крепи; нэ фиг. 2 — поперечное сечение рамы крепи; на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 2; на фиг, 4 — узел 1 нэ фиг. 2 (закрепления элемента вехняка на стойке); на фиг, 5 — узел И нэ 15 фиг. 2 (закрепления стойки в почве).

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале из непосредственного определения нагрузки на крепь выработки в шахт- 20 ных условиях, или косвенно, например, по деформированному состоянию крепи с пересчетом на нагрузку, или ультразвуковым способом, или аналитически определяют коэффициент бокового распора пород 25

Х (фиг.1). Этот коэффициент является определяющим для нахождения оптимального очертания крепи, Под оптимальным понимается такое очертание, когда в поперечных сечениях крепи при заданной нагрузки 30 (фиг.1) не возникает изгибающих моментов.

Это очертание оптимальное с точки зрения несущей способности крепи.

Общее выражение оптимального контура крепи в декартовой системе координат с 35 началом координат у левой опоры (фиг.1) имеет вид

45 где у(х),х — координаты точек оптимального контура крепи,м; а — половина ширины рамы крепи на уровне головки рельсов, м; . 50

h — высота рамы крепи от уровня головки рельсов, м;

А — коэффициент бокового распора пород.

Практически сделать рамную крепь та- 55 кого очертания трудно, но стремиться к у(х) = — — — (- — — +

1,8 = — у- — р +

+ j2à(а — ь) — (а — ь)2) 1810562

Откуда

Если мы хотим с целью повышения удобств монтажа уменьшить длину верхня-. ка, то необходимо увеличить значение а. В этом случае h и длина стоек также увеличит5 ся, а длина верхняка уменьшится.

Формула (2) имеет смысл, если подкоренное выражение больше нуля, т.е.

b + 1,8 Л- 1,8 h il > 0.

Это условие легко преобразуется в сле10 дующее:

Ь> (2) 1,8

1 — —

h (3) (4) !

Л Л (h l8)

Считая известным на основании (2) най15 дем значение h, Данный параметр также найдем из выражения рациональной оси выработки (1), а, а — b именно при х = h = у(х) = h, 1,8

Выражение (3) справедливо при отсутствии боковой нагрузки(Л=О), Значение а по(2) и (3) соответствует h = 1,8 м, где h — высота расположения узлов соединения верхнякв со стайками от уровня головки рельсов, м (фиг.1), г г..Решая уравнение (5) относительно h, 25 найдем

Л вЂ” часть стойки от уровня головки рельсов, закрепляемая в почве, м;

ac, Qb — Углы наклона Стсек и ЭлЕмвнтОв верхняка к горизонтальной плоскости при их закреплении, рад.

30 Пример расчета

Исходные данные:

h =3,5м; Ь=1,7м;Л=0,2;А=0,5м

По формуле (2) найдем а, при этом проверим условие (4); (.8)

Остальные параметры устанавливаемых рам крепи получены геометрически . (фиг.1,2):!

Ь 2 (h — h ) +(a — Ь! а—

1,8 40

1,8 ас=à ctg

h — h аЬ = arctg а — h 1,8

45 где lc, Ib — длина стьек и верхняка, м;

3,5 -0,2 . 35 1104 -0,633 178 =18

0,0653 ++ 0,2

1,8

1,8+0,2

В этом случае геометрические параметры рамы крепи следующие; а = 2,16 м; h = 1,78 м;

=2,34м;

+0,5

Ic 1,781+

1,8

Из(2) видно, что при Л-«О

Ic=п а Ь + >g +

1,34 0,2 3,5 1,8 =0,781M

Ь = 1,7 м > 0,781 м условие (4) выполняется. а=02 18г+ 1,7 — 18.35 =2,16м ! 02 !

1,8

3,5

Приа=2,16м h =1,8м

Это утверждение можно проверить в соответствии с (6):

1810562

3 5 — О,г 3,5 ) 1,8

4 — 1.7 )г+ог ! а=2.4м; h =2,62 м

=3,31 м;

Ic2,62 ,5

1,8

35 а>

- 32,5О = 0,567 рад.

Как видно из расчета, во втором случае 40 длина стоек увеличилась, а верхняка уменьшилась.

Окончательное значения параметров выбирают в процессе проектирования, считая основными показателями крепления на- 45 дежность и экономичность.

Для обеспечения лучшей работоспособности крепи при возрастании горного давления во время закрепления стоек в почве производят с возможностью податливости в 50 вертикальном направлении, На фиг.5 показан вариант закрепления стойки 2 в лунке,8 с опиранием на размельченную породу 9. В конкретных условиях закрепления стоек в . почве может быть осуществлено самым раз- 55 личным образом в зависимости от необходимой податливости конструкции. Все .остальные работы по креплению выработки, как то установка затяжки, забутовка и т,д, при Ь > 1,34

Ic- =h

+Д;

Ib = 2

20(а — Ь} а

Ь1"" (;,0 ) +,1 а, = arctg

1,8

7 r — *" "2-4,19 м а6 = arctg - ц6 — Г7=75,66 = 1,32 рад

18 о

3,5 — 1,78 аь = arctg .

2,16 — 1,78 — — 1- — — !

= 45,24 = 0,790 рад.

С целью уменьшения длины верхняка для удобства его монтажа и уменьшения в нем изгибающих моментов увеличиваем ширину рамы крепи.

Принимаем a = 2,4 м.

В этом случае:

1,876 — 0,946

0,2022 0 0.2

Геометрические параметры рамы крепи следующие: (з,5-г.бг)г+(г,4-г.бг )г-з,г7 м а, = arctg . -68,75 = 1,2 рад

18 о !

3,5 — 2,62 аь=arctg 24 17

2,4 — 2,62 1 8 ! выполняются аналогично известным peweниям, Таким образом, заявленное техническое решение по сравнению с прототипом

5 позволяет значительно упростить способ крепления за счет уменьшения трудоемкости изготовления элементов крепежной рамы и упрощения узлов их соединения, а также существенно повысить надежность

10 крепления за счет приближения очертания к оптимальному посредством вписывания в него очертания крепи.

Формула изобретения

1. Способ крепления горной выработки, 15 включающий установку металлических рам из верхняка и двух стоек в виде сдвоенных спецпрофилей, обращенных друг к другу и соединенных между собой фланцами, закрепление верхняка на стойки и стоек в по20 чве, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения надежности крепления, предварительно определяют коэффициент бокового распора пород и оптимальное очертание выработки, а рамы ус- .

25 танавливают с приближением к этому очертанию, при этом верхняк из oTosllslloT из двух одинаковых соединений в замковой части прямолинейных элементов, а его закрепление на стойках осуществляют без30 разъемным соединением, причем геометрические параметры устанавливаемых рам крепи определяют из следующих выражений

1810562

h — h аь = arCtg а — Ь 18 где а — половина ширины рамы крепи на уровне головки рельсов, м;

Ь вЂ” половина ширины рамы крепи на уровне 1,8 м от головки рельсов, м;

А — коэффициент бокового распора пород;

h — высота рамы крепи от уровня головки рельсов,м;

le, 1ь — длина стоек и верхняка,м;

h — высота расположения узлов соединения верхняка со стойками от уровня головки рельсов, м;

Л вЂ” часть стойки от уровня головки рель5 сов. закрепляемая в почве, м; ас, ab — угол наклона стоек и элементов верхняка к горизонтальной плоскости при их закреплении, рад, 2. Способпоп.1, отличающийся

10 тем, что закрепление стоек в почве производят с возможностью податливости в вертикальном направлении.

1810562

Составитель А, Трусов

Техред М,Моргентал

Корректор О. Густи

Редактор О. Стенина

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

Заказ 1430 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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