Ребро крепи для крепления и армирования горной выработки
Изобретение относится к ребру крепи для крепления и армирования горной выработки, а также к конструкции и способу крепления и армирования горной выработки на основе использования одного или нескольких ребер крепи согласно настоящему изобретению. Технический результат заключается в создании крепи с высокой устойчивостью. Ребро для крепления и армирования горной выработки содержит по меньшей мере первый конструктивный элемент, имеющий трубчатый корпус с внутренней полостью, приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра крепи, и средство заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона в полость. При этом ребро крепи содержит вентиляционное средство для отвода воздуха во время нагнетания бетона, причем вентиляционное средство выполнено с возможностью закрытия по время нагнетания, что вызывает увеличение внутреннего давления бетона. Способ крепления и армирования горной выработки, содержащий этапы установки первого ребра, выполненного согласно изобретению, заполнение внутренних полостей конструктивных элементов первого ребра крепи бетоном до, по меньшей мере, полного их заполнения. Продолжают нагнетание бетона при закрытом вентиляционном средстве с целью увеличения внутреннего давления бетона. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 17 ил.
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к производству элементов для крепления горной выработки, такой как железнодорожный, автодорожный или другого типа туннель. Точнее, настоящее изобретение относится к ребру крепи для крепления и армирования горной выработки. Изобретение также относится к структуре и способу крепления и армирования горной выработки на основе использования одного или нескольких ребер крепи согласно настоящему изобретению.
Уровень техники
Как известно, для крепления горных выработок, таких как автодорожные или железнодорожные туннели, используют армирующие арки, называемые "ребрами". В частности, ребро крепи обычно содержит множество фасонных стальных элементов, соединенных друг с другом в "сводчатой" конфигурации. Данные элементы образованы "открытыми" профилями с H-образным, INP или двутавровым сечением (в случае нескольких или сдвоенных профилей) и выполнены образующими одно целое с помощью соединительных элементов, например накладок. В большинстве случаев, профили соединяют друг с другом в горной выработке, подлежащей армированию, после придания им формы металлообработкой. После сборки каждое ребро крепи соединяют со смежным ребром с помощью соединительных связей, концы которых соединяют с креплениями, приваренными по корпусу профилей ребер. Пространство между двумя смежными ребрами и стеной горной выработки обычно армируют торкретбетоном (набрызг бетона).
Использование профилей с открытым сечением (H-образного, швеллера или двутавра) имеет различные недостатки, первый из которых касается обеспечения механической прочности. Фактически, данные профили имеют направление, вдоль которого статические свойства ухудшаются. Фактически, сечения открытых профилей не имеют осевой симметрии и поэтому не вполне подходят для работы в условиях нагрузки, вызывающей напряжения, иные, чем напряжения при простом изгибе. В частности, данные профили имеют плохое сопротивление напряжениям кручения. Данные напряжения могут создаваться, например, вследствие плохого контакта профиля со стеной горной выработки (полка сечения стержня - порода) или вследствие операций продвижения горной выработки. В общем, непредсказуемое поведение породы плохо воспринимается ребрами крепи с H-образными профилями и еще хуже с двутавровыми профилями. Для решения данной проблемы принято увеличивать размеры профиля (рабочего сечения), когда прогнозируют особенно тяжелые условия работы. Вместе с тем такое решение приводит к высокой стоимости и значительным трудностям при сборке вследствие высокого веса используемых профилей.
Другой недостаток открытых профилей, главным образом тех, которые соединяются в конструкции, встречается на этапе армирования с использованием набрызга бетона. Фактически, формы профилей (особенно Н-образных сечений) препятствует созданию завершенного бетонного покрытия поверхностей ребра (внешних и внутренних). Другими словами, образуются открытые карманы вокруг некоторых частей сечения профиля или профилей, серьезно ограничивающие эффективность армирования. К этому добавляется тот факт, что открытые формы сечений усложняют сварку опор, с которыми соединяются соединительные связи. Это однозначно увеличивает время изготовления и стоимость ребер крепи. Также с точки зрения установки ребер крепи операции соединения профилей являются относительно сложными вследствие конфигурации сечения профилей. На основе вышеизложенного требуется создание ребра крепи для крепления и армирования горной выработки, обеспечивающего устранение вышеупомянутых недостатков.
Целью настоящего изобретения является создание ребра крепи с высокой устойчивостью, которое можно также использовать в грунтах особенно тяжелых условиях.
Другой целью настоящего изобретения является создание ребра крепи, которое можно легко устанавливать вблизи горной выработки и элементы которого можно легко соединять за ограниченное время и с ограниченными затратами.
Дополнительной целью настоящего изобретения является создание ребра крепи, являющегося надежным и простым в производстве с затратами, обеспечивающими его конкурентоспособность.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание конструкции и способа крепления и армирования горной выработки с помощью одного или нескольких ребер крепи согласно настоящему изобретению.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к ребру крепи для крепления и армирования горной выработки, содержащему, по меньшей мере, один конструктивный элемент, снабженный трубчатым корпусом, предпочтительно, круглого сечения, с внутренней полостью, приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра крепи. Конструктивный элемент снабжен средством заполнения, функционально соединяемым со средством нагнетания бетона.
Ребро крепи, предпочтительно, содержит опорный элемент, соединенный со вторым концевым участком первого конструктивного элемента. Опорный элемент, предпочтительно, соединен с первым конструктивным элементом с обеспечением их относительного перемещения после нагнетания под давлением бетона во внутреннюю полость.
Согласно предпочтительному варианту осуществления ребро крепи содержит второй конструктивный элемент, снабженный трубчатым корпусом предпочтительно круглого сечения, который образует внутреннюю полость, приспособленную для заполнения бетоном после установки ребра крепи. Внутренние полости конструктивных элементов предпочтительно сообщены друг с другом для использования средства заполнения первого элемента для ввода бетона в полость обоих элементов.
Настоящее изобретение также относится к конструкции для крепления и армирования горной выработки, содержащей одно или несколько ребер крепи согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение также относится к способу крепления и армирования горной выработки, содержащему этапы установки первого ребра крепи согласно настоящему изобретению и заполнения внутренних полостей конструктивных элементов первого ребра крепи бетоном до, по меньшей мере, полного их заполнения. Способ предпочтительно содержит этап установки второго ребра согласно настоящему изобретению, соединения первого ребра со вторым ребром, с помощью, по меньшей мере, соединительной связи, и заполнения полости конструктивных элементов второго ребра бетоном до, по меньшей мере, завершения заполнения данной полости.
Способ согласно изобретению предпочтительно включает в себя соединение первого ребра со вторым ребром с помощью множества соединительных связей. Каждая соединительная связь соединена на противоположных концах с парой колец, оборудованных, каждое, на одной высоте на одном из двух ребер.
Перечень фигур
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения должны стать ясными из описания вариантов осуществления, показанных в виде не ограничивающего примера на следующих прилагаемых чертежах.
На Фиг.1 показан вид спереди первого варианта осуществления армирующего ребра крепи согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2 показан вид участка армирующего ребра крепи Фиг.1.
На Фиг.3, 3A и 3B показаны для первого варианта осуществления виды опорного элемента ребра крепи согласно настоящему изобретению.
На Фиг.4 показан вид соединительного средства для двух конструктивных элементов ребра крепи Фиг.1.
На Фиг.5 и 5A показаны виды первого концевого участка конструктивного элемента ребра крепи Фиг.1.
На Фиг.6 и 6A показаны ортогональные виды отрезка длины конструктивного элемента ребра крепи Фиг.1.
На Фиг.7 показан вид второго варианта осуществления опорного элемента ребра крепи согласно настоящему изобретению.
На Фиг.8 показан вид второго возможного варианта осуществления ребра крепи согласно настоящему изобретению.
На Фиг.9 показан вид опорного элемента ребра крепи Фиг.7.
На Фиг.10 показан вид армирующей конструкции горной выработки, содержащей множество ребер крепи согласно настоящему изобретению.
На Фиг.11, 11A и 11B показано соединительное кольцо ребра крепи согласно настоящему изобретению.
На Фиг.12 показана связь для соединения двух ребер крепи согласно настоящему изобретению.
Подробное описание
На Фиг.1 показан возможный вариант осуществления ребра крепи для крепления и армирования выработки согласно настоящему изобретению, которое по всему описанию указано позицией 1. Ребро 1 выполнено из одного или нескольких конструктивных элементов 5A, 5B, 5C, предпочтительно изготовленных из металлического материала, такого как конструкционная сталь (Fe 430 или т.п.). Ребро 1 имеет симметричную конфигурацию относительно плоскости S симметрии. В общем, данная конфигурация напоминает конфигурацию участка горной выработки, подлежащего армированию с помощью ребра крепи.
Ребро 1 крепи на Фиг.1 содержит первый конструктивный элемент 5A, второй конструктивный элемент 5B, соединенный с первым элементом 5A, и третий конструктивный элемент 5C, соединенный со вторым конструктивным элементом 5B. Первый элемент 5A и третий конструктивный элемент 5C, по существу, являются зеркальными относительно плоскости S симметрии ребра 1 крепи. Второй элемент 5B предпочтительно проходит симметрично между первым элементом 5A и третьим элементом 5C относительно той же плоскости S симметрии. Альтернативно, ребро крепи согласно изобретению может быть образовано одним конструктивным элементом или даже конструктивными элементами в количестве больше трех.
Первый конструктивный элемент 5A образован трубчатым корпусом, снабженным первым концевым участком 51, функционально соединяемым с первым конечным участком 81 второго элемента 5B, и вторым концевым участком 52, предназначенным для соединения с опорным элементом 90 ребра 1 крепи. Трубчатый корпус первого элемента 5A имеет, предпочтительно, круглое сечение и образует внутреннюю полость 9A проходящую по всей длине корпуса. Данная внутренняя полость 9A предназначена для полного заполнения бетоном после установки ребра 1. Сечение трубчатого корпуса может также иметь другие закрытые формы, кроме круглой, такие как квадратную или прямоугольную.
Корпус первого трубчатого элемента 5A также содержит средство 7 заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона во внутреннюю полость 9A данного корпуса. Другими словами, средство 7 заполнения имеет функцию обеспечения подачи бетона в полость 9A и одновременно предотвращения выхода бетона наружу после завершения данного заполнения. Бетон можно вводить с использованием нагнетательного насоса или другого функционально эквивалентного средства.
Третий конструктивный элемент 5C имеет конструкцию, по существу, эквивалентную конструкции первого элемента 5A. В частности, третий элемент 5C также содержит трубчатый корпус, предпочтительно круглого сечения, образующий соответствующую внутреннюю полость 9C, предназначенную для заполнения бетоном после установки ребра 1 крепи. Предпочтительно, третий элемент 5C также содержит средство 7 заполнения, связанное с трубчатым корпусом элемента. Первый концевой участок 71 третьего элемента 5C предназначен для соединения со вторым конечным участком 82 второго конструктивного элемента 5B. Второй концевой участок 72 третьего конструктивного элемента 5C, вместо этого, предназначен для соединения с дополнительным опорным элементом 90 ребра 1 крепи.
Второй элемент 5B также имеет трубчатый корпус с сечением предпочтительно, но не обязательно, эквивалентным по форме и размеру сечению первого элемента 5A. Поэтому также второй элемент 5B, предпочтительно имеет, по существу, круглое сечение, образующее внутреннюю полость 9B (см. Фиг. 2), проходящую по всей длине элемента. Первый конечный участок 81 второго элемента 5B соединен с первым концевым участком 51 первого конструктивного элемента 5А с помощью первого соединительного средства 61, а второй конечный участок 82 соединен с первым концевым участком 71 второго конструктивного элемента 5B с помощью второго соединительного средства 62. В частности, первое средство 61 и второе соединительное средство 62 выполнены с такой конфигурацией, что внутренняя полость 9B второго элемента 5B сообщается с внутренней полостью первого элемента 5A и третьего конструктивного элемента 5C. Благодаря этому раствор бетона, нагнетаемый во внутреннюю полость первого элемента 5A и третьего конструктивного элемента 5C (через соответствующие средства 7, 77 заполнения), может предпочтительно также достигать внутренней полости 9B второго элемента 5B для обеспечения его заполнения.
Согласно описанному выше, конструктивные элементы 5A, 5B и 5C ребра 1 крепи предпочтительно заполняют бетоном после установки ребра крепи внутри участка горной выработки, подлежащего креплению и армированию, т.e. после соединения друг с другом конструктивных элементов 5A, 5B, 5C. Другими словами, конструктивные элементы 5A, 5B и 5C соединяют друг с другом на стройплощадке (т.e. в горной выработке) и затем заполняют бетоном.
На Фиг.2 показан участок ребра крепи Фиг.1, находящийся слева от плоскости S симметрии. Соображения, приведенные ниже, также действительны для правого участка ребра 1 поскольку участки симметричны. Как указано выше, второй концевой участок 52 первого конструктивного элемента 5A соединяется с опорным элементом 90, первый вариант осуществления которого показан на Фиг.3-3B. В частности, согласно данному варианту осуществления, опорный элемент 90 содержит опорную плиту 91, приваренную к конечному участку трубчатого корпуса C первого конструктивного элемента 5A. Множество ребер 93 жесткости приварены к опорной плите 91 и наружной поверхности трубчатого корпуса C. На виде в плане на Фиг.3 показано расположение сварных швов 99, крепящих опорную плиту 91 на постоянной основе к трубчатому корпусу и ребра 93 жесткости к данной опорной плите. На Фиг.3A и 3B также показано расположение сварных швов 99B, на постоянной основе крепящих ребра 93 жесткости к трубчатому корпусу первого элемента 5A.
На Фиг.3 и 3A также показан возможный вариант осуществления средства 7 заполнения, упомянутого выше, лучше показанного на Фиг.6 и 6A, которые являются видами отрезков длины трубчатого корпуса C, указанными позициями T1 на Фиг.2. Средство 7 заполнения содержит отверстие 7А, выполненное в корпусе C конструктивного элемента 5A и закрывающий элемент 7B отверстия 7A, перемещающийся между закрытым положением и открытым положением. В конкретном показанном варианте закрывающий элемент 7B выполнен в виде пластины, скользящей по наружной поверхности трубчатого корпуса C по соответствующим поперечным направляющим 7C, приваренным к корпусу. Во время заполнения внутренней полости 9A, 9B, 9C конструктивных элементов 5A, 5B, 5C, закрывающий элемент 7B занимает открытое положение, обеспечивая ввод соответствующего средства нагнетания в отверстие 7A. После завершения заполнения полости, средство нагнетания убирают и закрывающий элемент 7B переводят в закрытое положение для предотвращения выхода незатвердевшего бетона.
На Фиг.4 показан детализированный вид отрезка длины ребра 1 крепи, указанный на Фиг.1 и 2 позицией T2. Данный отрезок длины относится к соединению между первым элементом 5A и вторым конструктивным элементом 5B. В частности, на Фиг.4 показан с детализацией возможный вариант осуществления соединительного средства 61, соединяющего первый концевой участок 51 первого конструктивного элемента 5А с первым конечным участком 81 второго конструктивного элемента 5B. Данное первое соединительное средство 61 содержит пару соединительных плит 85A, 85B, предназначенных для соединения друг с другом болтами или другим функционально эквивалентным средством. На Фиг.5 и 5А специально показана возможная конфигурация плит 85A, 85B.
Первая соединительная плита 85A приварена к трубчатому корпусу C первого конструктивного элемента 5A на соответствующем конечном участке ST. Точнее, соединительная плита 85A приварена к трубчатому корпусу C с помощью косынок 86, приваренных одной стороной к плите и другой стороной к наружной поверхности трубчатого корпуса C. В показанном конкретном варианте соединительная плита 85A имеет по существу, прямоугольную конфигурацию и содержит два ряда отверстий 86A, 86B на противоположных сторонах для болтового соединения (не показано на фигурах). Плита 85A также содержит круглое отверстие с диаметром D, соответствующим диаметру отверстия конечного участка ST трубчатого корпуса C. Плита 85A приварена к трубчатому корпусу C так, что данное круглое отверстие является концентричным с конечным участком круглого корпуса.
Вторая соединительная плита 85B имеет конструкцию, одинаковую с первой соединительной плитой 85A и соединяется с конечным участком второго конструктивного элемента 5B способом, совершенно одинаковым с описанным выше для соединения первой плиты 85A с первым элементом 5A. Две плиты 85A, 85B соединяются так, что соответствующие круглые отверстия являются коаксиальными и осуществляющими сообщение между двумя внутренними полостями 9A, 9B двух конструктивных элементов 5A, 5B.
Как также показано на Фиг.1, отрезок T4 длины ребра 1 крепи относится к соединению между вторым конструктивным элементом 5B и третьим конструктивным элементом 5C. Как указано выше, для данной цели создано второе соединительное средство 62, которое является предпочтительно эквивалентным по конструкции первому соединительному средству 61, описанному выше для отрезка Т2 длины ребра 1 крепи. Поэтому сведения, относящиеся к первому средству 61, должны также считаться действительными для второго соединительного средства 62.
На основе сведений, приведенных выше, первое и второе соединительные средства 61, 62 соединяют на постоянной основе конструктивные элементы 5A, 5B и 5C ребра 1 крепи так, что образуется "непрерывная" полость, проходящая, по существу, по всей его длине. Данная полость образована множеством отрезков длины с соответствующими внутренними полостями 9A, 9B, 9C, конструктивных элементов 5A, 5B и 5C, соответственно. Другими словами, соединительные средства 61, 62 предпочтительно делают внутренние полости отдельных элементов сообщающимися.
Как также показано на Фиг.1, ребро 1 крепи снабжено вентиляционным средством, обеспечивающим выпуск воздуха во время заполнения непрерывной полости, описанной выше. Для данной цели, вентиляционное средство функционально размещено вблизи самого верхнего участка T5 ребра 1 крепи относительно опорной плоскости P на которой находится. В варианте осуществления, показанном на фигурах, вентиляционное средство содержит отверстие 6 (см. Фиг.2), выполненное в трубчатом корпусе C2 второго конструктивного элемента 5B. Как показано, после завершения установки ребра 1 крепи, вентиляционное отверстие 6 располагается в высшей точке "свода", образованного ребром крепи.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения ребро 1 крепи содержит пару опорных элементов 90, при этом каждый из них соединен с соответствующим конструктивным элементом 5A, 5C так, что обеспечивается относительное перемещение конструктивных элементов 5A, 5B, 5C ребра 1 крепи после нагнетания бетона под давлением. Данное последнее выражение указывает на продолжение нагнетания бетона после времени, требуемого для полного заполнения внутренней полости 9A, 9B, 9C конструктивных элементов 5A, 5B, 5C. Другими словами "нагнетание под давлением" является нагнетанием бетона, которое проходит под давлением выше атмосферного давления или с закрытым вентиляционным средством, например с использованием клапана. С точки зрения производства работ данное последнее условие обеспечивает увеличение внутреннего давления бетона, по существу, подвергая ребро 1 крепи предварительному нагружению. Нагнетание под давлением фактически обуславливает увеличение внутреннего давления бетона, преобразующегося в систему сил передающихся на стенки конструктивных элементов 5A, 5B, 5C вызывая их перемещение относительно опорных элементов 90, положение которых остается неизменным.
Перемещение конструктивных элементов 5A, 5B, 5C обеспечивает увеличение действенности крепления и армирования горной выработки, поскольку система сил передается от стенок конструктивных элементов на стенки горной выработки. Фактически, нагнетание под давлением бетона можно пролонгировать до соединения ребра 1 крепи с горной выработкой под некоторым "давлением", которое должно быть прямо пропорционально внутреннему давлению бетона. Пролонгированное нагнетание при этом предпочтительно делает ребро 1 крепи "активным" по отношению к армированию. В отличие от этого, обычные ребра ведут себя пассивно.
Последующее затвердевание бетона предпочтительно поддерживает достигнутое напряженное состояние между ребром 1 крепи и горной выработкой после пролонгированного нагнетания бетона. При данной специальной конфигурации опорных элементов 90, ребро 1 крепи является, по существу, "расширяющимся" между первой и второй конфигурацией соответственно отличающимися нормальным заполнением и заполнением под давлением. С точки зрения выполнения работ, это дает возможность получения ребра 1 крепи, с увеличенным допуском по отклонениям в размерах горной выработки. Другими словами, ребро 1 крепи может иметь размер несколько меньше, чем у горной выработки, что предпочтительно для простоты соединения конструктивных элементов 5A, 5B, 5C или более простой установки в рабочее положение. Кроме того, наблюдается, что нагнетание бетона, если необходимо, армированного волокном, в полость конструктивных элементов 5A, 5B, 5C ребра 1 крепи увеличивает механическое сопротивление не только изгибу, но также напряжениям кручения, в результате работы закрытого сечения трубчатых корпусов данных элементов. Это фактически делает ребро 1 крепи применимым в любых условиях.
На Фиг.7 детализированно показан возможный вариант осуществления двух опорных элементов 90 ребра 1, обеспечивающий относительное перемещение конструктивных элементов 5A, 5B, 5C. В частности, ниже описан опорный элемент 90, соединенный с первым конструктивным элементом 5A, но приведенное ниже описание также действительно для опорного элемента, соединенного с третьим конструктивным элементом 5C. Опорный элемент, показанный на Фиг. 7 содержит, по меньшей мере, трубчатый участок круглого сечения, соединенный с возможностью скольжения с первым концевым участком 51 первого конструктивного элемента 5A. Точнее, сечение трубчатого участка имеет форму, соответствующую сечению концевого участка 52 конструктивных элементов 5A, 5C, соответственно (круглое в показанных примерах).
Опорный элемент 90 содержит опорную плиту 91 и ребра 98 жесткости, соединенные предпочтительно сваркой, с наружным трубчатым участком 94 круглого сечения (аналогично решению, показанному на Фиг.3-3B). Опорный элемент 90 также содержит внутренний трубчатый участок 95 круглого сечения, коаксиальный с наружным участком 94. Внутренний трубчатый участок 95 телескопически соединяется со вторым концевым участком 52 первого конструктивного элемента 5A (данное описание действительно для соединения между третьим конструктивным элементом 5C и соответствующим опорным элементом 40). Внутренняя полость 9A первого конструктивного элемента 5A сообщается с внутренней полостью 9D внутреннего трубчатого участка 95 опорного элемента 90 для обеспечения заполнения через них при нагнетании бетона. В данном решении нагнетание бетона выполняют через устройство заполнения, связанное с соответствующим конструктивным элементом (первым элементом 5А или третьим элементом 5C соответствующего опорного элемента).
На Фиг.8 показан дополнительный вариант осуществления ребра 1 крепи согласно настоящему изобретению, отличающийся от показанного на Фиг.6 конфигурацией опорных элементов 90, один из которых показан на Фиг.9. Точнее, в варианте осуществления, показанном на Фиг.7, опорный элемент 90 содержит наружный соединительный трубчатый участок 96, телескопически соединяющийся с внутренним трубчатым участком 94. Данный соединительный участок 96 соединен со вторыми концевыми участками 52, 72 соответствующих конструктивных элементов первого элемента 5А или третьего опорного элемента 5С соответственно, с помощью соединительного и закрывающего средства 66. Последнее имеет конфигурацию для поддержания внутренних полостей 9A, 9C соответствующих конструктивных элементов 5A, 5C разделенными с внутренней полостью 9D, образованной внутренним элементом 94 и соединительным участком 96. Соединительное и закрывающее средство 66 делает соединительный участок 96 одним целым с соответствующим конструктивным элементом 5A, 5C ребра 1 крепи, одновременно образуя верхнюю перекрывающую стенку 68А, отделяющую низ полостей 9A, 9C соответствующих элементов 5A, 5C, и нижнюю перекрывающую стенку 68B, отделяющую верх полости 9D, образованной трубчатыми участками 96, 95 соединительного элемента 90.
Согласно данному варианту осуществления, каждый опорный элемент 90 снабжен соответствующим средством 7С заполнения внутренней полости 9D, образованной на отрезке T1' длины внутреннего трубчатого участка 94. Заполнение конструктивных элементов 5A, 5B, 5C бетоном выполняется в отличие от описанного выше через пару средств 7, 77 заполнения, связанных с первым элементом 5A и третьим элементом 5C согласно описанному выше. С точки зрения выполнения работ, пролонгированное нагнетание бетона в полость 9D (т.e. после нормального заполнения) увеличивает внутреннее давление бетона, определяющее силу F давления на нижнюю блокирующую стенку 68B, созданную соединительным и закрывающим средством 66. Данная сила F давления обуславливает подъем конструктивных элементов 5A, 5B, 5C относительно опорных элементов 90. При этом конструктивные элементы 5A, 5B, 5C соединены с поверхностью горной выработки, крепя и армируя выработку, благодаря своему активному действию. Наблюдается что в варианте осуществления, показанном на Фиг.9, конструктивные элементы 5A, 5B, 5C можно просто заполнять, но что пролонгированное нагнетание под давлением бетона также возможно в данном случае согласно принципам, изложенным выше по отношению к ребру 1 крепи, показанному на Фиг.7.
Настоящее изобретение также относится к конструкции 2 армирования горной выработки, содержащей одно или несколько ребер крепи согласно настоящему изобретению. На Фиг.10 показана такая конструкция, содержащая три ребра крепи (показаны позициями 1, 1A, 1B), соединенных друг с другом с использованием соединительных связей 45A, 45B, пример которых показан на Фиг.12. Любое ребро соединяют с установленным до него ребром до заполнения данного любого ребра крепи бетоном с использованием возможных способов, описанных выше.
Каждая соединительная связь 45A, 45B соединена первым концом с первым соединительным кольцом 48A, связанным с первым ребром 1 и вторым концом со вторым соединительным кольцом 48B, связанным со вторым ребром 1A. С каждым ребром 1, 1A, 1B крепи соединительные кольца 48A, 48B соединены предпочтительно сваркой с установкой с заданными интервалами вдоль трубчатых корпусов C, образующих конструктивные элементы 5A, 5B, 5C. Каждая соединительная связь 45A, 45B соединяет соединительные кольца 48A, 48B, принадлежащие смежным ребрам 1, 1A крепи и расположенные на одной высоте H относительно плоскости привязки, которой может, например, являться плоскость P, на которую ребра крепи опираются (см. Фиг.1).
На Фиг.11, 11A и 11B показан предпочтительный вариант осуществления соединительных колец 48A, 48B. В частности, на Фиг.11 показано одно из сечений ребра 1 крепи (показано на Фиг.1, 2 позицией T3), к которому приварены соединительные кольца. Как показано, каждое кольцо 48A, 48B содержит пару фасонных участков 49 (Фиг.11A, 11B), расположенных с противоположных сторон от центра круглого сечения корпуса C соответствующего конструктивного элемента 5A, 5B, 5C. Каждый фасонный участок 49 имеет по существу, U-образную структуру с дугообразной центральной стороной 49B, с кривизной, соответствующей кривизне наружной поверхности корпуса C. Две противоположные стороны 49C фасонного участка 49 проходят параллельно друг другу.
Конфигурация фасонного участка 49 является особенно предпочтительной с точки зрения выполнения работ, поскольку способствует выполнению соединительных операций, т.e. сварки данных участков с корпусом C. Фактически, кривизна на центральной стороне 49B обеспечивает правильное положение, облегчающее выполнение сварки. На Фиг.11 позицией Sa показано выполнение различных сварочных швов. Также видно, что конфигурация фасонных участков 49, по существу, образует четыре зоны A соединения, каждая из которых образована между трубчатым корпусом C и сторонами 49B, 49C данного участка. Как показано на Фиг.10, данное решение обеспечивает использование двух связей 45A, 45B для соединения двух смежных ребер 1, 1А или 1A, 1B крепи. Это предпочтительно увеличивает сопротивление соединения и увеличивает в целом свойства механического сопротивления конструкции 2 армирования.
Также, как показано на Фиг.10, две связи 45A, 45B соединяют два смежных ребра так, что данные связи занимают "пересекающиеся" положения относительно видовой плоскости, ортогональной осям элементов ребер, т.e. относительно точки наблюдения изображения Фиг.10. Данное расположение, с одной стороны, обеспечивает получение увеличенного эффекта от соединения и, с другой стороны, не мешает укладке бетона между ребрами. Для наглядного подтверждения этого, на Фиг.10 две пунктирные линии показывают границы объема V между двумя смежными ребрами, предназначенного для заполнения бетоном (например набрызга бетона).
Можно наблюдать, что круглая форма трубчатого корпуса C различных конструктивных элементов 5A, 5B, 5C обеспечивает улучшенное распределение бетона между ребрами 1, 1A, 1B крепи так, что бетон может полностью окружать наружную поверхность каждого ребра крепи, не оставляя незакрытых зон, как, например, происходит в случае ребер с H-образным или двутавровым сечением. Кроме того, круглое сечение конструктивных элементов 5A, 5B, 5C дает более высокое сопротивление напряжениям кручения, чем возможно в случае открытых сечений (H-образных, швеллеров или двутавров). При одинаковых напряжениях это дает возможность ограничения размеров и требований к качеству материала ребра крепи, т.e. ограничения стоимости производства.
Настоящее изобретение также относится к способу крепления и армирования горной выработки, содержащему, по меньшей мере, следующие этапы:
установка первого ребра 1 крепи согласно настоящему изобретению;
заполнение внутренних полостей 9A, 9B, 9C конструктивных элементов 5A, 5B, 5C ребра бетоном до, по меньшей мере, завершения их заполнения.
Для настоящего изобретения, выражение "установка ребра" по существу, означает функциональное размещение ребра под горной выработкой, подлежащей креплению и армированию. Предпочтительно, способ предусматривает использование конструктивных элементов ребра крепи, представляющих собой трубчатые корпуса круглого сечения. Способ предпочтительно предусматривает установку ребра 1 крепи, снабженного опорными элементами 90, соединенными с соответствующими конструктивными элементами 5A, 5B, для обеспечения относительного перемещения элементов 5A, 5B, 5C согласно приведенному выше описанию. В присутствии таких опорных элементов для ребра крепи, способ предпочтительно предусматривает заполнение внутренних полостей 9A, 9B, 9C конструктивных элементов бетоном под давлением для получения активного армирования горной выработки согласно способам и целям, указанным выше.
После установки первого ребра крепи (т.e. заполнения полости бетоном в нормальных условиях или под давлением) способ предпочтительно предусматривает следующие этапы:
установка второго ребра 1A согласно настоящему изобретению;
соединение первого ребра 1 со вторым ребром 1А с помощью, по меньшей мере, одной соединительной связи;
заполнение внутренних полостей конструктивных элементов второго ребра 1A бетоном, по меньшей мере, до завершения их заполнения.
Предпочтительно, способ предусматривает соединение второго ребра 1А с первым ребром 1 с помощью множества соединительных связей, соединенных на соответствующих концах с соединительными кольцами, оборудованными на двух ребрах 1, 1A крепи на соответствующей высоте H (Фиг.1). В частности, связи предпочтительно соединяются с парами колец, установленными на соответствующих высотах H на смежных ребрах, для "пересечения", как показано на Фиг.12.
Технические решения, разработанные для ребра и для способа крепления и армирования горной выработки, обеспечивают достижение поставленных целей в полном объеме. В частности, использование ребер с "трубчатыми" конструктивными элементами в комбинации с использованием бетона обеспечивает достижение высоких механических показателей работы с ограниченным использованием материала. Для данной цели использование элементов с "закрытым" сечением, предпочтительно круглым, обеспечивает изменение показателей работы с помощью изменения соотношения объема стали и бетона (т.e. толщины элементов) с одинаковым внешним размером (т.e. с одинаковым внешним диаметром в случае круглых сечений). Данное, очевидно, является предпочтительным по условиям времени установки и затратам. Использование круглого сечения также предпочтительно обеспечивает решение проблемы, связанной с укладкой бетона (набрызгом бетона) между двумя смежными ребрами, поскольку наружные поверхности элементов могут быть полностью закрыты бетоном без образования пустот.
Представленные здесь ребро, структура и способ крепления и армирования могут подвергаться многочисленным модификациям и выполняться в различных вариантах, находящихся в объеме концепции изобретения, и, кроме того, все детали можно заменять другими технически эквивалентными деталями.
На практике, используемые материалы и возможные размеры и формы могут быть любыми согласно требованиям и уровню техники.
1. Ребро (1) для крепления и армирования горной выработки, содержащее по меньшей мере первый конструктивный элемент (5А), имеющий трубчатый корпус (С) с внутренней полостью (9А), приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра (1) крепи, и средство (7) заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона в полость (9А), при этом ребро крепи содержит вентиляционное средство для отвода воздуха во время нагнетания бетона, причем вентиляционное средство выполнено с возможностью закрытия по время нагнетания, что вызывает увеличение внутреннего давления бетона.
2. Ребро (1) по п. 1, в котором вентиляционное средство снабжено клапаном.
3. Ребро (2) по п. 1, в котором средство (7) заполнения имеет отверстие (7А), выполненное в корпусе (С) конструктивного элемента (5А), и закрывающий элемент (7В) отверстия (7А), выполненный с возможностью перемещения между закрытым положением и открытым положением.
4. Ребро (1) по п. 1, в котором трубчатый корпус (С) конструктивного элемента (5А) имеет, по существу, круглое сечение.
5. Ребро (1) по любому из пп. 1-4, содержащее второй конструктивный элемент (5В), имеющий первый конечный участок (81), соединенный с первым концевым участком (51) первого конструктивного элемента (5А).
6. Ребро (1) по п. 5, в котором второй конструктивный элемент (5В) имеет трубчатый корпус (С2) с внутренней полостью (9В), приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра (1) крепи.
7. Ребро (1) по п. 6, в котором внутренняя полость (9А) первого конструктивного элемента (5А) сообщена с внутренней полостью (9B) второго конструктивного элемента (5В).
8. Ребро (1) по п. 1, содержащее опорный элемент (90), соединенный с концевым участком (52) первого конструктивного элемента (5А).
9. Ребро (1) по п. 8, в котором опорный элемент (90) соединен с первым конструктивным элементом (5А) с возможностью их относительного перемещения после нагнетания под давлением бетона во внутреннюю полость первого конструктивного элемента (5А).
10. Ребро (1) по п. 5, содержащее третий конструктивный элемент (5С), имеющий трубчатый корпус с внутренней полостью (9С), приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра (1) крепи.
11. Ребро (1) по п. 10, в котором третий конструктивный элемент (5С) содержит концевой участок (71), соединенный со вторым конечным участком (82) второго элемента (5В).
12. Ребро (1) по п. 11, в котором внутренняя полость (9В) второго конструктивного элемента (5В) сообщена с внутренней полостью (9С) третьего конструктивного элемента (5С).
13. Ребро (1) по п. 10, в котором третий конструктивный элемент (5С) имеет концевой участок (72), соединенный с опорным элементом (90) ребра (1) крепи.
14. Ребро (1) по п. 13, в котором опорный элемент (90) соединен с концом (72) третьего конструктивного элемента (5С) с возможностью их относительного перемещения после нагнетания под давлением бетона во внутреннюю полость (9С) третьего конструктивного элемента (5С).
15. Ребро (1) по п. 10, в котором третий конструктивный элемент (5С) содержит средство (77) заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона во внутреннюю полость (9С).
16. Конструкция (2) для крепления и армирования горной выработки, содержащая по меньшей мере одно ребро (1) по любому из предыдущих пунктов.
17. Конструкция (2) по п. 16, содержащая множество ребер (1, 1А, 1В) по любому из предшествующих пунктов.
18. Конструкция (2) по п. 17, в которой ребро (1, 1А, 1В) соединено со смежным ребром посредством одной или более соединительных связей (45А, 45B).
19. Конструкция (2) по п. 18, в которой каждое ребро содержит множество соединительных колец (48А, 48B), расположенных через заданные интервалы вдоль соответствующих конструктивных элементов, и каждая соединительная связь (45А, 45В) соединена концами с соединительными кольцами, расположенными на разных ребрах крепи на соответствующей высоте (Н).
20. Конструкция (2) по п. 19, в которой каждое соединительное кольцо (48А, 48В) выполнено с возможностью обеспечения соединения по меньшей мере двух соединительных связей (45А, 45B)
21. Способ крепления и армирования горной выработки, содержащий следующие этапы:
установка первого ребра (1) по любому из пп. 1-15;
заполнение внутренних полостей конструктивных элементов (5А, 5В, 5С) первого ребра (1) крепи бетоном до, по меньшей мере, полного их заполнения;
продолжение нагнетания бетона при закрытом вентиляционном средстве с целью увеличения внутреннего давления бетона.
22. Способ по п. 21, содержащий этапы:
- установка второго ребра (1А) смежно с первым ребром (1), при этом второе ребро (1А) содержит по меньшей мере первый конструктивный элемент, содержащий трубчатый корпус (С) с внутренней полостью (9А), приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра (1) крепи, и средство (7) заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона в полость (9А);
- соединение первого ребра (1) крепи со вторым ребром (1А) посредством одной или нескольких соединительных связей (45А, 45В);
- заполнение полостей конструктивных элементов второго ребра (1А) крепи бетоном до, по меньшей мере, полного заполнения данных полостей.
23. Способ крепления и армирования горной выработки, содержащий этапы:
- установка первого ребра (1) по любому из пп. 1-15 для крепления и армирования горной выработки, при этом первое ребро (1) содержит по меньшей мере первый конструктивный элемент (5А), имеющий трубчатый корпус (С) с внутренней полостью (9А), приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра (1) крепи, и средство (7) заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона в полость (9А);
- нагнетание бетона при давлении выше атмосферного, при этом заполняют внутренние полости конструктивных элементов (5А, 5В, 5С) первого ребра (1) по меньшей мере до полного их заполнения.
24. Способ по п. 23, содержащий этапы:
- установка второго ребра (1А) смежно с первым ребром (1), при этом второе ребро (1А) содержит по меньшей мере первый конструктивный элемент, содержащий трубчатый корпус (С) с внутренней полостью (9А), приспособленной для заполнения бетоном после установки ребра (1) крепи, и средство (7) заполнения, функционально соединяемое со средством нагнетания бетона в полость (9А);
- соединение первого ребра (1) крепи со вторым ребром (1A) посредством одной или нескольких соединительных связей (45А, 45В);
- заполнение полостей конструктивных элементов второго ребра (1А) крепи бетоном до, по меньшей мере, полного заполнения данных полостей.
