Крепь горной выработки

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к креплению горных выработок рамными крепями из специального взаимозаменяемого профиля в сложных условиях большого горного давления и значительных смещений породного массива. Цель изобретения - повышение несущей способности крепи и увеличение надежности работы узлов податливости. Сущность изобретения заключается в том, что каждая прямолинейная до сопряжения с верхняком стойка крепи выполнена из двух элементов, при этом круговой верхняк объединен с элементами каждой стойки ниже узла податливости с возможностью перемещения между ними. Первый элемент стойки расположен с внутренней стороны верхняка внахлест к нему и в месте соединения образует узел податливости. Второй элемент стойки расположен с внешней стороны верхняка внахлест к нему и в месте соединения образует дополнительный узел податливости. Второй элемент стойки короче первого на 0,3 - 0,5 м, а концы верхняка имеют прямолинейные удлинения на 0,5 - 0,7 м. Стойки заделаны в почву выработки. Верхняк выполнен предварительно напряженным посредством сближения его концов. Стойки смещены внутрь выработки на величину этого сближения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к креплению горных выработок рамными податливыми крепями из специального взаимозаменяемого профиля (СВП) в сложных условиях большого горного давления и смещений породного массива.

Известна крепь горной выработки, включающая рамы из жестко соединенных в замковой части полуарок [1] Недостатком данной крепи является малая податливость в сложных условиях значительных смещений породного массива.

Наиболее близкой к предложенной конструкции крепи является крепь горной выработки, включающая выполненные из спецпрофиля верхняк арочной формы и прямые до сопряжения с верхняком стойки, подвижно соединенные внахлест в узлах податливости с внутренней стороны верхняка [2] Недостатками этой крепи являются ее малая несущая способность в сложных условиях большого горного давления и ненадежность работы узлов податливости.

Целью изобретения является разработка конструкции крепи, работоспособной в сложных условиях большого горного давления и значительных смещений породного массива, повышение несущей способности крепи и увеличение надежности работы узлов податливости.

Сущность изобретения заключается в том, что в крепи горной выработки, включающей выполненные из спецпрофиля верхняк арочной формы и прямые до сопряжения с верхняком стойки, подвижно соединенные внахлест в узлах податливости с внутренней стороны верхняка, стойки выполнены из разновеликих внешнего и внутреннего элементов, внешние из которых установлены внахлест с верхняком и выполнены на 0,5-0,7 м короче внутренних элементов, при этом верхняк имеет прямолинейные концы длиной 0,3-0,5 м, объединенные ниже узлов податливости с внешними и внутренними элементами стоек с возможностью перемещения между ними, причем стойки заделаны в почву выработки.

А также тем, что верхняк выполнен предварительно напряженным посредством сближения его концов, а стойки смещены внутрь выработки на величину этого сближения.

На фиг. 1 показана рама крепи, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

Крепь состоит из арочного, например, кругового верхняка 1 с радиусом кривизны R и прямых до сопряжения с верхняком 1 стоек 2, подвижно соединенных внахлест в узлах 3 податливости с внутренней стороны верхняка 1. Элементы (1, 2) рамы выполнены из спецпрофиля (СВП). Стойки 2 выполнены из двух элементов 4, 5. Узел 3 податливости образован посредством стягивания первого элемента 4 стойки 2 с верхняком 1 хомутами 6, планкой 7 и гайками 8 (фиг. 2).

Второй элемент 5 стойки 2 короче первого элемента 4 на 0,5-0,7 м, а концы верхняка 1 имеют прямолинейные участки Δ' 0,3-0,5 м (фиг. 1).

Ниже узла 3 податливости верхняк 1 расположен между элементами 4, 5 стойки 2 с возможностью перемещения вниз. На этом участке верхняк 1, элементы 4, 5 объединены посредством стягивания между собой, например, хомутами 9, планкой 10, гайками 11 (фиг. 3).

Такое соединение обеспечивает значительное повышение несущей способности узла 3 податливости за счет увеличения силы трения между верхняком 1, элементами 4, 5, а также повышает надежность работы узлов 3 податливости за счет направленного без перекосов движения верхняка 1 между элементами 4, 5 стойки 2.

Численные интервалы 0,5-0,7 и Δ' 0,3-0,5 м в особенностях выполнения элементов крепи приняты из условия нахлеста Δ 0,4 м в узле 3 податливости (фиг. 1) и надежности закрепления прямолинейных концов верхняка 1 между элементами 4, 5 стойки 2.

В почве выработки стойки 2 заделаны, например, в бетоне 12 посредством омоноличивания в лунках.

Выполнение стоек 2 двойными и их заделка в бетоне 12 в 2-2,5 раза повышает несущую способность крепи за счет разгрузки верхняка 1 и передачи основных изгибных усилий на стойки 2, как более жесткие элементы в статически неопределимой раме.

Для большего увеличения несущей способности крепи верхняк 1 может быть выполнен предварительно напряженным. При этом предварительное напряжение верхняка 1 достигается за счет сближения его концов на величину δ (фиг. 1 пунктир) с каждой стороны.

Стойки 2 смещены в этом случае внутрь выработки на величину этого сближения 2 δ по δ с каждой стороны (фиг. 1 пунктир). Силу сближения верхняка 1 на величину 2 δ можно найти из решения задачи по методу начальных параметров.

Эта сила равна P где P сила сближения концов верхняка, МН; EI жесткость верхняка при изгибе, МНx x м; 2 δ величина сближения концов верхняка, м; R радиус кривизны верхняка, м; π 3,14.

Несущая способность предварительно напряженного верхняка в 1,5-2 раза больше ненапряженного за счет смены знака изгибающих моментов в верхняке 1 в начальной стадии и их уменьшения в процессе работы крепи на горное давление.

Способ возведения крепи осуществляют следующим образом.

В забой выработки доставляются верхняк 1, элемент 4, которые соединяются обычным способом в узлах 3 податливости (фиг. 1, 2). Верхняк 1 выполняют арочной формы, например, круговым с радиусом кривизны R (фиг. 1). Соединяемый с ним элемент 4 стойки 2 закрепляют в почве выработки в лунке. По мере подвигания забоя с отставанием ≈ 30 м внахлест к верхняку 1 с его внешней стороны устанавливают второй элемент 5 стойки 2. После этого стойка 2 и верхняк 1 ниже узлов 3 податливости объединяют посредством хомутов 9, планок 10 и гаек 11 (фиг. 3). В месте закрепления стоек 2 в лунках производят их заделку посредством, например, омоноличивания концов элементов 4, 5 стоек 2 (фиг. 1 позиция 12).

Предварительное напряжение верхняка 1 можно выполнить либо до его установки, либо в процессе установки.

В первом случае в забой выработки доставляют верхняк 1 в сжатом, например, растяжкой состоянии и при соединении в узле 3 податливости с элементами 4 стойки 2 натяжение снимают, а предварительное напряжение поддерживается соединением (узлом 3) и заделкой стоек 2 в лунках.

Во втором случае обжатие производят в забое выработки посредством сближения концов верхняка на величину 2 δ (фиг. 1) с помощью, например, натяжения той же растяжки.

Пример расчета силы сближения концов верхняка (натяжение растяжки).

Исходные данные: EI 0,9 МН^.м (СВП-22); R 1,75 м; δ 0,05 м.

P 0,00535 МН 0,535 т
При такой силе натяжения растяжки концы верхняка сблизятся на величину 2 δ 0,1 м, а в замке верхняка возникнет отрицательный изгибающий момент
M P ^. R 0,00535 1,75 0,00936 МН^.м.

Максимальные напряжения равны
σ 115 МПа < 210 МПа
(R_из 210 МПа)
В процессе работы верхняка на горное давление в нем будут возникать положительные изгибающие моменты, что в сумме уменьшает абсолютное значение усилия, и несущая способность верхняка повышается.

Формула изобретения

1. КРЕПЬ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающая выполненные из спецпрофиля верхняк арочной формы и прямые до сопряжения с верхняком стойки, подвижно соединенные внахлест в узлах податливости с внутренней стороны верхняка, отличающаяся тем, что стойки выполнены из разновеликих внешнего и внутреннего элементов, внешние из которых установлены внахлест с верхняком и выполнены на 0,5 0,7 м короче внутренних элементов, при этом верхняк имеет прямолинейные концы длиной 0,3 - 0,5 м, объединенные ниже узлов податливости с внешними и внутренними элементами стоек с возможностью перемещения между ними, причем стойки заделаны в почву выработки.

2. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что верхняк выполнен предварительно напряженным посредством сближения его концов, а стойки смещены внутрь выработки на величину этого сближения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3