Металлическая крепь вертикальной горной выработки

 

Использование: в горном деле при креплении вертикальных горных выработок. Сущность изобретения: металлическая крепь включает кольца, собранные из сегментных элементов, и вертикальные связи. Каждый сегментный элемент выполнен в виде сварной конструкции из отрезка швеллера, изогнутого по дуге с углом α = 2π/n рад радиусом, равным радиусу выработки, где n количество сегментных элементов в полном кольце крепи, стрингера, расположенного по хорде на участке дуги сегментного элемента, и межэлементной накладки; каждый элемент связан с двумя соседними элементами посредством двух межсегментных стяжек, расположенных друг к другу под углом (1-2/n)·π рад. Стяжки соединены с сегментным элементом посредством разъемного или неразъемного соединения. Точка пересечения двух соседних стяжек лежит на середине дуги сегментного элемента, а длина каждой стяжки равна длине каждого из стрингеров. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться при креплении восстающих выработок, разведочных колодцев, вентиляционных шурфов, шахтных стволов и т.п.

Известна шахтная крепь из различных элементов, объединенных податливыми соединениями, предотвращающими перекос и смещение замковой части. Крепь состоит из элементов желобчатого профиля, соединенных между собой внахлест и связанных самозатягивающимися широкими скобами (М. Н. Гемскул и др. Справочник по креплению горных выработок. М. Недра, 1972, с. 51, рис. 22).

Недостатком данной и подобных конструкций является то, что податливые соединения под нагрузкой срабатывают скачкообразно, а при несимметричном расклинивании рамы происходит значительная деформация соединений, что не позволяет повторно использовать эту раму.

Известен ряд конструкций крепи, в которых используется кольца, состоящие из отдельных сегментов, связанных между собой шарнирно [1] В таких конструкциях крепи слабым элементом является шарнир, который может явиться причиной выхода крепи из строя.

Наиболее близкой к предлагаемой является металлическая крепь вертикальной горной выработки, включающая кольца, собранные из сегментных элементов с межэлементными накладками и связанные между собой вертикальными связями [2] Недостатком этой и подобных крепей является то обстоятельство, что обеспечение необходимой поперечной устойчивости и жесткости колец достигается за счет выполнения этих колец из спецпрофиля с большой площадью поперечного сечения, что ведет к удорожанию изготовления крепи и большому расходу металла.

Целью изобретения является создание металлической крепи для вертикальных горных выработок, которая обладая высокой поперечной устойчивостью и жесткостью в каждом своем поперечном сечении, была бы одновременно и более легкая, т.е. менее металлоемкая.

Цель достигается тем, что в металлической крепи вертикальной горной выработки, включающей кольца, собранные из сегментных элементов с помощью межэлементных накладок, каждый сегментный элемент выполнен в виде сварной конструкции из отрезка швеллера, изогнутого по дуге α 2 π / n рад радиусом, равным радиусу выработки, где n количество сегментных элементов в полном кольце крепи, стрингера, расположенного по хорде на участке дуги сегментного элемента и межэлементной накладки, при этом каждый сегментный элемент связан с двумя соседними элементами посредством двух межсегментных стяжек, расположенных друг к другу под углом (1-2 / n ) π рад.

Выполнение каждого сегментного элемента в виде сварной конструкции, состоящей из отрезка швеллера, изогнутого по дуге, связанной стрингером, и межэлементной накладки, позволяет вести монтаж крепи из элементов, изготовленных заранее в заводских условиях с соблюдением всех технологических требований и снятием температурных напряжений.

Сборка кольца крепи будет сводиться к установке межсегментных стяжек и связи сегментов между собой посредством межэлементных накладок.

Межсегментные стяжки могут быть скреплены с сегментными элементами посредством неразъемного сварного соединения в том случае, когда крепь больше не будет извлекаться из выработки, а может послужить затем, например, каркасом при бетонировании. Если же крепь используется как временная, с последующим извлечением из выработки, целесообразно межсегментные стяжки соединять сегментными элементами посредством разъемного соединения. При этом разъемные соединения могут быть самые различные из числа применяемых для данных целей. Это может быть резьбовое соединение на болтах, может быть произведено соединение с помощью цилиндрических пальцев, концы которых зашплинтованы, или, что наиболее предпочтительно, посредством конусных пальцев-штырей. Наиболее целесообразное распределение нагрузки на элементы крепи происходит при соблюдении условий, что точка пересечения двух соседних межсегментных стяжек лежит на середине дуги сегментного элемента, а длина каждой из этих стяжек равно длине стрингера.

На фиг. 1 представлена схема кольца крепи в сечении ствола; на фиг. 2 схема вертикальных связей между кольцами крепи; на фиг. 3 сегментный элемент; на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 сечение В-В на фиг. 1.

Полное кольцо крепи (фиг. 1) состоит из отдельных сегментных элементов 1, каждый из которых представляет собой швеллер 2, изогнутый по радиусу выработки по дуге с углом α 2 π / n радиан. Поскольку сегментные элементы собираются встык, количество элементов составляет n штук. Для увеличения жесткости и устойчивости элемента при снижении его металлоемкости дуговой швеллер укреплен хордовым стрингером 3, изготовленным из двух уголков, связанных между собой и швеллером посредством накладок 4, 5 и 6. Между собой сегментные элементы стыкуются посредством стыковых накладок 7 и конусных штырей (на чертежах не показаны). Для увеличения жесткости колец крепи каждый сегментный элемент 1 связан с двумя соседними элементами посредством межсегментных стяжек 8. Межсегментные стяжки могут быть связаны с сегментным элементом посредством сварки с использованием профильных вставок и накладок 9 и 10. Крепь собирается из отдельных элементов 1, которые поступают в виде, представленном на фиг. 3. Вначале элементы связываются между собой посредством стыковых накладок 7 с конусными отверстиями, в которые вставляют конусные штыри. Вместо конусных штырей могут быть использованы цилиндрические штыри или же просто пальцы с прошплинтовкой. Может быть использовано также нарезное (сварное) соединение элементов. Затем кольца укрепляют межсегментными стяжками 8, которые соединяют с элементами посредством сварки. Монтаж крепи ведут сверху вниз, соединяя кольца между собой посредством трубчатых стоек 11 (фиг. 2) и вертикальных связей 12 в виде крюков. Для предотвращения вывалов породы между стенками выработки и кольцами крепи устанавливают затяжку 13 из досок. Расстояние между соседними кольцами устанавливают в зависимости от породы, в которой пройдена выработка, и глубины.

Для обеспечения равнопрочности кольца по всей окружности целесообразно схему соединения связей осуществить так, чтобы точка пересечения двух соседних межсегментных стяжек лежала на середине дуги сегментного элемента. В этом случае необходимо, чтобы длина каждой межсегментной стяжки была равна длине каждого из стрингеров.

Формула изобретения

1. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ КРЕПЬ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающая кольца, собранные из сегментных элементов, и вертикальные связи, отличающаяся тем, что каждый сегментный элемент выполнен в виде сварной конструкции из отрезка швеллера, изогнутого по дуге с углом α = 2π/n рад., радиусом, равным радиусу выработки, где n количество сегментных элементов в полном кольце крепи, стрингера, расположенного по хорде на участке дуги сегментного элемента, и межэлементной накладки, при этом каждый сегментный элемент связан с двумя соседними элементами посредством двух межсегментных стяжек, расположенных одна к другой под углом (1-2/n)·π рад.. 2. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что межсегментные стяжки соединены с сегментным элементом посредством неразъемного сварного соединения.

3. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что межсегментные стяжки соединены с сегментным элементом посредством разъемного соединения.

4. Крепь по п.1 отличающаяся тем, что точка пересечения двух соседних межсегментных стяжек лежит на середине дуги сегментного элемента.

5. Крепь по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что длина каждой межсегментной стяжки равна длине каждого из стрингеров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6