Металеве рамне податливе кріплення

1. Металеве рамне податливе кріплення, що містить верхняк (1), виконаний з горизонтальною прямолінійною середньою ділянкою, сполученою з двох боків з криволінійними кінцевими ділянками за допомогою криволінійних перехідних ділянок, стійки (2), виконані з криволінійними верхніми кінцевими ділянками, і вузли (3) податливості, утворені сполученими внапустку криволінійними кінцевими ділянками верхняка (1) і криволінійними верхніми кінцевими ділянками стійок (2), виконаними з однаковим радіусом R1 кривизни і скріпленими між собою замками (4), яке відрізняється тим, що стійки (2) по всій довжині виконані криволінійними з радіусом кривизни, відповідним радіусу R1 кривизни їх криволінійних верхніх кінцевих ділянок, який вибирають за формулою: R1 = K1 × B , (1) де: К1 - коефіцієнт оптимізації кривизни криволінійних кінцевих ділянок верхняка (1) і криволінійних стійок (2), К1=0,87-1,30; В - відстань між криволінійними стійками (2) біля підошви кріплення, мм, при цьому радіус (R2) кривизни криволінійних перехідних ділянок верхняка (1) вибирають за формулою: R2 = K 2 × B , (2) де: К2 - коефіцієнт оптимізації кривизни криволінійних перехідних ділянок верхняка (1), К2=0,08-0,15; В - відстань між криволінійними стійками (2) біля підошви кріплення, мм, висоту Н кріплення вибирають за формулою: H = K3 × B , (3) 2 (19) 1 3 86472 4 симетрично розташованих відносно вертикальної встановлені на горизонтальній прямолінійній сеосі кріплення двох складових частин (1а, 1б) і заредній ділянці верхняка (1) за допомогою підхватів безпечений вузлом (3а) податливості, утвореним (6) і кріпильних елементів. сполученими внапустку горизонтальними прямолі5. Кріплення за п. 4, яке відрізняється тим, що нійними подовженими ділянками складових частин додатково містить анкери (5а), встановлені на (1а, 1б) верхняка (1) і скріпленими між собою замкриволінійних перехідних ділянках верхняка (1) за ками (4а). допомогою підхватів (6а) і кріпильних елементів. 4. Кріплення за будь-яким з пп. 1, 2, 3, яке відрізняється тим, що додатково містить анкери (5), Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаний при кріпленні гірничих виробок в різних, в тому числі складних гірничогеологічних умовах, а також і може бути використаний при підтримці гірничих виробок на сполученнях «штрек-лава» при знятті стійок кріплення для переміщення (засування) забійного конвеєра. З рівня техніки відоме найбільш близьке до винаходу за кількістю загальних ознак і результатом, що досягається, арочне податливе кріплення гірничої виробки «КЦЛ», що містить верхняк, виконаний з горизонтальною прямолінійною середньою ділянкою, сполученою з двох боків за допомогою криволінійних перехідних ділянок з криволінійними кінцевими ділянками, стійки, виконані з криволінійними верхніми кінцевими ділянками, і вузли податливості, утворені сполученими внапустку криволінійними кінцевими ділянками верхняка і криволінійними верхніми кінцевими ділянками стійок, виконаними з однаковим радіусом R1 кривизни і сполученими між собою замками [UA 35419 С2 (Кириченко В.Я., Халимендик Ю.М.), 15.10.2003, найбільш близький аналог]. Нижні частини стійок виконані прямолінійними і розташовані відповідно до патенту України №18737 С2 під кутом 7-11° до вертикалі і нахилені всередину кріплення. Довжина горизонтальної прямолінійної середньої ділянки верхняка дорівнює: A = K1 × R1, де: K1 - коефіцієнт пропорційності горизонтальної прямолінійної середньої ділянки верхняка, K1 = 0,364 - 0,450; R1 - радіус кривизни криволінійних кінцевих ділянок верхняка, мм. Криволінійні перехідні ділянки верхняка виконані з радіусом R2 кривизни, який дорівнює: R2 = К2 × R1, де: К2 - коефіцієнт пропорційності прямолінійної ділянки верхняка, K2 = 0,630 - 0,463; R1 - радіус кривизни криволінійних кінцевих частин верхняка, мм. (Згадані вище позначення коефіцієнтів і геометричних параметрів відомого кріплення наведені з патенту UA 35419 С2 і можуть не співпадати з позначеннями коефіцієнтів і геометричних параметрів кріплення, що заявляється, наведеними нижче.) Виконання у верхній частині верхняка горизонтальної ділянки, і вибір згаданих геометричних параметрів перехідних ділянок забезпечують можливість установки здвоєних проміжних стійок тимчасового або постійного посилення. Це дещо підвищує вантажонесучу здатність верхняка кріплення і забезпечує можливість використання кріплення для підтримки гірничих виробок в складних гірничо-геологічних умовах і на сполученнях штрек-лава при знятті стійок кріплення для переміщення (засування) забійного конвеєра. Проте таке кріплення не має оптимальних геометричних параметрів і не дозволяє забезпечити оптимальне поєднання, як підвищення площі його поперечного перерізу для зручного розміщення технологічного устаткування всередині кріплення, так і його високої несучої здатності. Викликано це тим, що таке кріплення має не оптимальні геометричні параметри верхняка і стійок, зокрема довжину горизонтальної прямолінійної середньої ділянки і радіуси кривизни криволінійних кінцевих і перехідних ділянок верхняка, форму, довжину і радіус кривизни стійок, а також висоту кріплення. У зв'язку з тим, що нижні ділянки стійок виконані прямолінійними, розташовані під кутом 7-11° до вертикалі і нахилені всередину кріплення, суттєво звужується простір всередині кріплення, а також знижується його несуча здатність, оскільки прямолінійні ділянки стійок значно гірше працюють під навантаженням бічного тиску, чим криволінійні. Крім того, відоме кріплення має підвищену висоту і обмежену ширину, обумовлену короткою довжиною горизонтальної ділянки верхняка, і не оптимальні довжину і радіуси кривизни ділянок верхняка і стійок, які не дозволяють сформувати оптимальну форму (обвід) кріплення. Підвищена висота кріплення знижує його вертикальну стійкість і несучу здатність і додатково невиправдано збільшує об'єм порід, що виймаються. Недостатня довжина горизонтальної прямолінійної середньої ділянки верхняка скорочує простір всередині кріплення по ширині, що знижує корисну площу всередині кріплення для раціонального розміщення технологічного устаткування. Крім того, недостатня довжина горизонтальної прямолінійної середньої ділянки обмежує можливості посилення кріплення шляхом установки необхідної кількості стійок посилення (тимчасового або постійного використання) по ширині кріплення для підвищення його опору гірничому тиску в складних гірничо-геологічних умовах експлуатації, що обмежує несучу здатність кріплення. Технічною задачею, на рішення якої направлений винахід, є удосконалення геометричної форми кріплення шляхом оптимізації геометричних параметрів верхняка, стійок і кріплення в цілому, 5 86472 6 зокрема довжини горизонтальної прямолінійної K5 = 0,53 - 0,74; середньої ділянки і радіусів кривизни криволінійВ - відстань між криволінійними стійками у піних кінцевих і перехідних ділянок верхняка, фордошви кріплення, мм. ми, довжини і радіусу кривизни стійок, а також виПриведені ознаки винаходу є суттєвими, оскісоти кріплення. льки в сукупності достатні для вирішення поставТехнічний результат, який досягається при виленого технічної задачі і досягнення технічного користанні вдосконаленого кріплення, полягає в результату, а кожен окремо необхідний для ідензбільшенні його внутрішнього простору для зручтифікації кріплення, що заявляється. ного розміщення технологічного устаткування при Ця сукупність загальних і відмітних від протоодночасному забезпеченні високої несучої здатнотипу суттєвих ознак, якими характеризується вдоссті і розширенні можливості суттєвого посилення коналене кріплення, невідома з рівня техніки, є кріплення шляхом установки необхідної кількості новою і достатньою для всіх випадків, на які розрознесених по ширині кріплення стійок посилення. повсюджується об'єм правового захисту. Технічна задача вирішується, а технічний реПричинно-наслідковий зв'язок між сукупністю зультат досягається тим, що в металевому рамсуттєвих ознак кріплення, зокрема відмітних при їх ному податливому кріпленні типу КЦЛО (кріплення взаємодії із загальними ознаками, в рішенні постациркуляційне-лінійне овоїдне), що містить верхняк, вленої технічної задачі і досягненні технічного ревиконаний з горизонтальною прямолінійною серезультату, полягає в наступному. дньою ділянкою, сполученою з двох боків з кривоУ зв'язку з тим, що стійкі (бічні) по всій довжині лінійними кінцевими ділянками за допомогою кривиконані криволінійними з радіусом кривизни, відволінійних перехідних ділянок, стійки, виконані з повідним радіусу R1 кривизни їх криволінійних веркриволінійними верхніми кінцевими ділянками, і хніх кінцевих ділянок, який вибирають за формувузли податливості, утворені сполученими внапуслою R1 = K1 × В (1), забезпечується підвищення тку криволінійними кінцевими ділянками верхняка і несучої здатності кріплення. криволінійними верхніми кінцевими ділянками стіВикликано це там, що при дії бічного тиску йок, виконаними з однаковим радіусом R1 кривизкриволінійні ділянки криволінійних стійок працюни і скріпленими між собою замками, згідно винають ефективніше, ніж прямолінійні ділянки стійок ходу, стійки по всій довжині виконані відомого кріплення. криволінійними з радіусом кривизни, відповідним Вибраний діапазон значень коефіцієнта K1 у радіусу R1 кривизни їх криволінійних верхніх кінцевказаних межах (K1 = 0,87 - 1,30) є оптимальним вих ділянок, який вибирають за формулою: для даного кріплення, визначений дослідним шля(1) R1= K1 × В, хом і забезпечує такий радіус R1 кривизни криволіде: K1 - коефіцієнт оптимізації кривизни кривонійних стійок і криволінійних кінцевих ділянок верлінійних кінцевих ділянок верхняка і криволінійних хняка, при якому досягається, як розширення стійок, внутрішнього простору кріплення, так і підвищення K1 = 0,87 - 1,30; її несучої здатності. В - відстань між криволінійними стійками у піВибір коефіцієнта K1 менше нижньої межі (K1 = дошви кріплення, мм, при цьому радіус R2 кривиз0,87) не доцільний, оскільки при цьому радіус R1 кривизни криволінійних стійок надмірно зменшуни криволінійних перехідних ділянок верхняка виється, а внутрішній простір кріплення скорочуєтьбирають за формулою: ся. (2) R2 = K2 × B, Вибір коефіцієнта K1 більше верхньої межі (K1 де: K2 - коефіцієнт оптимізації кривизни криво= 1,30) також не доцільний, оскільки при цьому лінійних перехідних ділянок верхняка (1), радіус R1 кривизни криволінійних стійок надмірно K2 = 0,08 - 0,15; збільшується, а їх форма наближається до прямоВ - відстань між криволінійними стійками у пілінійної, при якій несуча здатність кріплення змедошви кріплення, мм, висоту H кріплення вибираншується. ють за формулою: У зв'язку з тим, що радіус R2 кривизни криволі(3) H = K3 × В, нійних перехідних ділянок верхняка вибирають за де: К3 - коефіцієнт оптимізації висоти кріпленформулою R2 = K2 × В (2) забезпечується оптиманя, льне сполучення горизонтальної прямолінійної K3 = 0,56 - 0,78; середньої ділянки верхняка з його кінцевими криВ - відстань між криволінійними стійками у піволінійними ділянками. дошви кріплення, мм, довжину L1 горизонтальної Вибраний діапазон значень коефіцієнта K2 у прямолінійної середньої ділянки верхняка вибивказаних межах (K2 = 0,08 - 0,15) є оптимальним рають за формулою: для даного кріплення, визначений дослідним шля(4) L1 = K4 × B, хом і забезпечує такий радіус R2 кривизни криволіде: K4- коефіцієнт оптимізації довжини горизонійних перехідних ділянок верхняка, при якому нтальної прямолінійної середньої ділянки верхнядосягається, як зниження концентраторів напруг, ка, так і достатня довжина L3 криволінійних кінцевих K4 = 0,34 - 0,54; ділянок верхняка для нормальної роботи вузлів В - відстань між криволінійними стійками у піподатливості, а також необхідна довжина L1 горидошви кріплення, мм, а довжину L2 криволінійних зонтальної прямолінійної середньої ділянки для стійок вибирають за формулою: забезпечення можливості установки необхідної (5) L2 = K5 × B, кількості рознесених по ширині кріплення стійок де: K5 - коефіцієнт оптимізації довжини кривопосилення. лінійних стійок, 7 86472 8 лінійних стійок Вибір коефіцієнта K2 менше нижньої межі (K2 = K5 = 0,53 - 0,74; 0,08) не доцільний, оскільки при цьому радіус R2 В - відстань між криволінійними стійками у пікривизни криволінійних перехідних ділянок верхдошви кріплення, мм, забезпечується оптимальна няка надмірно зменшується, що приводить до збідовжина (L2) криволінійних стійок, при якій досягальшення концентраторів напруг при виготовленні ється їх висока стійкість і необхідна несуча здатверхняка і зниженню міцності цих ділянок і кріпність кріплення при забезпеченні необхідної велилення в цілому. чини податливості, а також достатній простір для Вибір коефіцієнта K2 більше верхньої межі (K2 розміщення технологічного устаткування і персо= 0,15) також не доцільний, оскільки при цьому налу всередині кріплення і додатково знижується радіус R2 кривизни криволінійних перехідних діляоб'єм порід, що виймаються. нок верхняка надмірно збільшується, що привоВибраний діапазон значень коефіцієнта K5 у дить до зменшення величини податливості в бічвказаних межах (K5 = 0,53 - 0,74) є оптимальним них вузлах податливості кріплення, і зменшенню для даного кріплення, визначений дослідним шлядовжини L1 горизонтальної прямолінійної середхом і забезпечує таку довжину L2 криволінійних ньої ділянки, що обмежує можливість установки стійок, а, відповідно і висоту H кріплення, при якій необхідної кількості стійок посилення. досягається, як підвищення несучої здатності кріпУ зв'язку з тим, що висоту H кріплення вибилення, так і формування достатнього простору для рають за формулою H = K3 × В (3), досягається розміщення технологічного устаткування і персозменшення висоти кріплення в порівнянні з відоналу всередині кріплення. мим кріпленням, що забезпечує стійкість криволіВибір коефіцієнта K3 менше нижньої межі (K5 = нійних стійок і необхідну несучу здатність кріплен0,53) не доцільний, оскільки при цьому довжина L2 ня і додатково знижує об'єм порід, що виймаються. криволінійних стійок надмірно зменшується, внутВибраний діапазон значень коефіцієнта K3 у рішній простір для розміщення технологічного вказаних межах (K3 = 0,56 - 0,78) є оптимальним устаткування і персоналу скорочується і зменшудля даного кріплення, визначений дослідним шляється величина податливості кріплення. хом і забезпечує таку висоту H кріплення, при якій Вибір коефіцієнта K5 більше верхньої межі (K5 досягається, як підвищення несучої здатності кріп= 0,74) також не доцільний, оскільки при цьому лення, так і формування достатнього простору для довжину (L2) криволінійних стійок надмірно збільрозміщення технологічного устаткування і персошується, а їх стійкість і несуча здатність кріплення налу всередині кріплення. знижується і додатково підвищується об'єм порід, Вибір коефіцієнта K3 менше нижньої межі (K3 = що виймаються. 0,56) не доцільний, оскільки при цьому зменшуєтьМеталеве рамне податливе кріплення має і ся внутрішній простір для розміщення технологічінші відмітні ознаки, які доповнюють і характериного устаткування і персоналу. зують винахід в окремих випадках його виконання і Вибір коефіцієнта K3 більше верхньої межі (K3 використовуються для поліпшення його технічних = 0,78) також не доцільний, оскільки при цьому властивостей. знижується стійкість і несуча здатність кріплення. У металевому рамному податливому кріпленУ зв'язку з тим, що довжину L1 горизонтальної ні, згідно винаходу, довжину L3 криволінійних кінпрямолінійної середньої ділянки верхняка вибицевих ділянок верхняка вибирають за формулою: рають за формулою L1 = K4 × В (4), забезпечується L3 = L4 + L5 + А, (6) збільшення його довжини, що дозволяє розширити де: L4 - довжина вузла (3) податливості, мм, можливість установки необхідної кількості рознеL4 = 400 - 600мм; сених по ширині кріплення стійок посилення. L5 - розрахункова величина податливості кріпВибраний діапазон значень коефіцієнта K4 у лення, мм, вказаних межах (K4 = 0,34 - 0,54) є оптимальним L5 = К6 × Мв, для даного кріплення, визначений дослідним шляде: К6 - коефіцієнт виїмкової потужності пласхом і забезпечує таку довжину L1 горизонтальної та, прямолінійної середньої ділянки верхняка при якій К6 = 0,5 - 0,7; досягається, як висока несуча здатність верхняка і MВ - виїмкова потужність пласта, мм; кріплення, так і необхідний простір для розміщенMВ = Mг ± Mп, ня технологічного устаткування і персоналу всереде: Mг - геологічна потужність, мм; дині кріплення. (+)Мп - потужність порожніх твердих порід, що Вибір коефіцієнта K4 менше нижньої межі (K4 = присікається, мм; 0,34) не доцільний, оскільки при цьому зменшуєть(-)Мп - пачка геологічної потужності, що залися простір по ширині кріплення необхідний для шилася, для пухких порід, мм; розміщення технологічного устаткування і необА - резервна величина податливості кріпленхідної кількості рознесених по ширині кріплення ня, мм; стійок посилення. A= 100-150мм. Вибір коефіцієнта K4 більше верхньої межі (K4 У зв'язку з тим, що довжину L3 криволінійних = 0,54) також не доцільний, оскільки при цьому кінцевих ділянок верхняка вибирають по формулі надмірно збільшується довжина верхняка, а його L3 = L4 + L5 + А (6) додатково забезпечується макміцність суттєво знижується. У зв'язку з тим, що симальна величина податливості кріплення, вичедовжину L2 криволінійних стійок вибирають за форпавши яку криволінійні стійки упираються в крирмулою: волінійні перехідні ділянки верхняка. L2 = K5 × В, (5) При цьому кріплення з податливого режиму де: K5 - коефіцієнт оптимізації довжини криво 9 86472 10 нійній середній ділянці верхняка забезпечує підроботи переходить в жорсткий режим роботи на вищення несучої здатності верхняка і кріплення. більш віддаленій від вузлів податливості ділянці, При цьому досягається можливість викорисщо розширює можливості кріплення при роботі в тання кріплення для підтримки гірничих виробок в податливому режимі в складних гірничоскладних гірничо-геологічних умовах і на сполугеологічних умовах. ченнях штрек-лава при знятті криволінійних стійок Вибрані діапазони значень L4 і К6 у вказаних кріплення з ціллю переміщення (засування) забіймежах (L4 = 400 - 600мм) (К6 = 0,5 - 0,7) є оптиманого конвеєра. льними для даного кріплення і забезпечують неМеталеве рамне податливе кріплення, згідно обхідну величину податливості для ефективної винаходу, додатково містить анкери, встановлені роботи кріплення в податливому режимі. на криволінійних перехідних ділянках верхняка за Вибраний діапазон значень коефіцієнта К6 у допомогою підхватів і кріпильних елементів. вказаних межах (К6 = 0,5 - 0,7) є оптимальним для Установка анкерів на криволінійних перехідних даного кріплення, визначений дослідним шляхом і ділянках верхняка забезпечує суттєве підвищення забезпечує вибір оптимальної розрахункової венесучої здатності верхняка і кріплення. личини податливості L5 для максимальної виїмкоПри цьому досягається можливість викорисвої потужності пласта Мв для вугільних шахт, натання кріплення для підтримки гірничих виробок в приклад України. особливо складних гірничо-геологічних умовах і на Вибір коефіцієнта К6 менше нижньої межі (К6 = сполученнях штрек-лава при знятті криволінійних 0,5) не доцільний, оскільки при цьому зменшується стійок кріплення для переміщення (засування) зарозрахункова величина податливості кріплення бійного конвеєра. L5, якої стає недостатньо для ефективної роботи З рівня техніки заявник не виявив рішення, кріплення в податливому режимі при максимальній співпадаючі з сукупністю загальних і відмітних сутвиїмковій потужності вугільного пласта Мв. тєвих ознак вдосконаленого металевого рамного Вибір коефіцієнта К6 більше верхньої межі (К6 податливого кріплення, внаслідок чого можна зро= 0,7) також не доцільний, оскільки при цьому бити висновок, що технічне рішення, що заявлянадмірно збільшується розрахункова величина ється, не є частиною рівня техніки і відповідає криподатливості кріплення L5, що невиправдано збітерію винаходу «новизна». льшує довжину криволінійних стійок і висоту кріпЗ рівня техніки заявник також не виявив рілення, і, відповідно, знижує стійкість криволінійних шення, співпадаючі з відмітними суттєвими ознастійок і несучу здатність кріплення. ками вдосконаленого металевого рамного податГеологічна потужність пласта Mг для вугільних ливого кріплення, внаслідок чого можна зробити шахт, наприклад України, складає, переважно, висновок, що технічне рішення, що заявляється, 700-1700мм. для фахівця не є очевидним, не випливає з рівня Потужність порожніх твердих порід (+) Mп, що техніки і відповідає критерію винаходу «винахідниприсікається, складає, переважно (+) (1,1-1,3) × Mг. цький рівень». Пачка геологічної потужності, що залишилася, Надалі вдосконалене металеве рамне податдля пухких порід (-) Mп складає, переважно (-) ливе кріплення пояснюється докладним описом (0,2-0,3) × Мг. його конструкції з посиланнями на креслення, що У металевому рамному податливому кріплендодаються. ні, згідно винаходу, верхняк на горизонтальній На Фіг.1 зображене металеве рамне податлипрямолінійній середній ділянці виконаний роз'ємве кріплення з не роз'ємним (суцільним) верхняним, складається з симетрично розташованих щоком. до вертикальної осі кріплення двох складових часНа Фіг.2 зображене металеве рамне податлитин і забезпечений вузлом податливості, ве кріплення з роз'ємним (складеним) верхняком. утвореним сполученими внапустку горизонтальНа Фіг.3 зображений розріз A-A на Фіг.1, 2. ними прямолінійними подовженими ділянками На Фіг.4 зображений розріз Б-Б на Фіг.2. складових частин верхняка і скріпленими між соМеталеве рамне податливе кріплення містить бою замками. (Фіг.1-4) наступні ланки. Таке виконання верхняка дозволяє збільшити Верхняк 1 (Фіг.1, 2), виконаний з горизонтальдовжину горизонтальної прямолінійної середньої ною прямолінійною середньою ділянкою, сполучеділянки роз'ємного (складеного) верхняка і підвиною з двох боків з криволінійними кінцевими ділящує технологічність його виготовлення і транспорнками за допомогою криволінійних перехідних тування для великих типорозмірів кріплень з гаряділянок. чекатаних профілів стандартної довжини (4м). Стійкі 2, виконані з криволінійними верхніми За рахунок цього надається можливість суттєкінцевими ділянками. вого посилення кріплення шляхом установки неВузли 3 податливості, утворені сполученими обхідної додаткової кількості рознесених по ширивнапустку криволінійними кінцевими ділянками ні кріплення стійок посилення, що розширює верхняка 1 і криволінійними верхніми кінцевими внутрішній простір і підвищує несучу здатність ділянками стійок 2, виконаними з однаковим радіукріплення. сом R1 кривизни і скріпленими між собою замками Металеве рамне податливе кріплення, згідно 4. винаходу, додатково містить анкери, встановлені Стійкі 2 по всій довжині виконані криволінійнина горизонтальній прямолінійній середній ділянці ми з радіусом кривизни, відповідним радіусу R1 верхняка за допомогою підхватів і кріпильних елекривизни їх криволінійних верхніх кінцевих ділянок, ментів. який вибирають за формулою: Установка анкерів на горизонтальній прямолі 11 86472 12 K6 = 0,5 - 0,7; (1) R1 = К1 × В, Мв - виїмкова потужність пласта, мм; де: K1 - коефіцієнт оптимізації кривизни кривоMВ = Mг ± Mп, лінійних кінцевих ділянок верхняка 1 і криволінійде: Mг - геологічна потужність, мм; них стійок 2 (+)Мп - потужність порожніх твердих порід, що K1 = 0,87 - 1,30; присікається, мм; В - відстань між криволінійними стійками 2 у (-)Мп - пачка геологічної потужності, що залипідошви кріплення, мм. шилася, для пухких порід, мм; Радіус R2 кривизни криволінійних перехідних А - резервна величина податливості кріпленділянок верхняка 1 вибирають за формулою: ня, мм; (2) R2 = K2 × B, A = 100 - 150мм. де: K2 - коефіцієнт оптимізації кривизни кривоЗа рахунок цього додатково забезпечується лінійних перехідних ділянок верхняка 1, максимальна величина податливості кріплення. K2 = 0,08 - 0,15; Верхняк 1 на горизонтальній прямолінійній сеВ - відстань між криволінійними стійками 2 у редній ділянці виконаний роз'ємним (складеним), підошви кріплення, мм. складається з симетрично розташованих щодо Висоту H кріплення вибирають за формулою: вертикальної осі кріплення двох складових частин (3) H = K3 × В, 1а, 1б і забезпечений вузлом 3а податливості, де: K3 - коефіцієнт оптимізації висоти кріпленутвореним сполученими внапустку горизонтальня, ними прямолінійними подовженими ділянками K3 = 0,56 - 0,78; складових частин 1а, 1б верхняка 1 і скріпленим В - відстань між криволінійними стійками 2 у між собою замками 4а (Фіг.2). підошви кріплення, мм. За рахунок цього надається можливість суттєДовжину L1 горизонтальної прямолінійної севого посилення кріплення шляхом установки нередньої ділянки верхняка 1 вибирають за формуобхідної додаткової кількості рознесених по ширилою: ні кріплення стійок посилення, що розширює (4) L1 = K4 × В внутрішній простір і підвищує несучу здатність де: K4 - коефіцієнт оптимізації довжини горикріплення. зонтальної прямолінійної середньої ділянки верхКріплення додатково містить анкери 5, встаноняка 1, влені на горизонтальній прямолінійній середній K4 = 0,34 - 0,54; ділянці верхняка 1 за допомогою підхватів 6 і кріВ - відстань між криволінійними стійками 2 у пильних елементів (Фіг.1-4). підошви кріплення, мм. При цьому досягається можливість викорисДовжину L2 криволінійних стійок 2 вибирають тання кріплення для підтримки гірничих виробок в за формулою: складних гірничо-геологічних умовах і на сполу(5) L2 = K5 × В, ченнях штрек-лава при знятті криволінійних стійок де: K5 - коефіцієнт оптимізації довжини криво2 кріплення для переміщення (засування) забійнолінійних стійок 2, го конвеєра. K5 = 0,53 - 0,74; Кріплення додатково містить анкери 5а, встаВ - відстань між криволінійними стійками 2 у новлені на криволінійних перехідних ділянках верпідошви кріплення, мм. хняка 1 за допомогою підхватів 6а і кріпильних За рахунок такої оптимізації геометричних паелементів (Фіг.1-4). раметрів верхняка 1, криволінійних стійок 2 і кріпЦе дає можливість використання кріплення лення в цілому, зокрема довжини L1 горизонтальдля підтримки гірничих виробок в особливо складної прямолінійної середньої ділянки і радіусів R1, них гірничо-геологічних умовах і на сполученнях R2, відповідно, кривизни криволінійних кінцевих і штрек-лава при знятті криволінійних стійок 2 кріпперехідних ділянок верхняка 1, форми, довжини L2 лення для переміщення (засування) забійного коні радіусу R1 кривизни криволінійних стійок 2, а тавеєра. кож висоти H кріплення забезпечується оптимальКрім цього, виконання верхняка 1 з подовжена форма вдосконаленого кріплення. ною горизонтальною прямолінійною середньою При цьому збільшується внутрішній простір ділянкою дає можливість здійснення підсилення кріплення для зручного розміщення технологічного виробки шляхом додаткової установки незалежних устаткування при одночасному забезпеченні висоанкерів не пов'язаних з металевими рамними покої несучої здатності і розширенні можливості сутдатливими кріпленнями (рамами) безпосередньо тєвого посилення кріплення шляхом установки на горизонтальній частині крівлі виробки, які рознеобхідної кількості рознесених по ширині кріпміщують на розрахунковій відстані один до одного лення стійок 8 посилення. і до рам. Довжину L3 криволінійних кінцевих ділянок Зовні кріплення встановлено ґратчаста затяжверхняка 1 вибирають за формулою: ка 7, що перешкоджає просипу породи всередину L3 = L4 + L5 + A, (6) кріплення. де: L4 - довжина вузла (3) податливості, мм, Для посилення кріплення, зокрема для підL4 = 400 - 600мм; тримки верхняка 1 на сполученнях штрек-лава, L5 - розрахункова величина податливості кріпколи необхідно зняти криволінійні стійки 2 для залення, мм, безпечення переміщення забійного конвеєра, моL5 = K6 × Мв, же бути встановлена необхідна кількість рознеседе: K6 - коефіцієнт виїмкової потужності пласних по ширині кріплення стійок 8 посилення. та, 13 86472 14 Приклади вибору геометричних характеристик фіцієнтів для різних його типів приведені в таблиметалевого рамного податливого кріплення і коеці. Таблиця Тип кріплення, профіль КЦЛО-7,0 СВП 27 КЦПО-8,6 СВП 27 КЦЛО-9,5 СВП 27 КЦЛО-11,2 СВП 27 КЦЛО-12,4 СВП 27 КЦЛО-13,1 СВП 27 КЦЛО-15,6 СВП 27 КДЛО-18,0 СВП 27 КЦЛО-19,1 СВП 27 H мм L1 мм L2 мм L3 мм В мм R1 мм R2 мм 3406 4000 500 2419 1300 2000 1020 1,17 0,15 0.71 0,38 0,59 3702 4500 500 2794 1300 24Q0 1320 1,21 0,13 0,75 0,35 0,65 3849 4350 500 2969 1300 2600 1320 1,13 0,13 0,77 0,34 0,67 4124 5350 500 3225 1600 3000 1170 1,30 0,12 0,78 0,39 0,73 4403 5300 500 3391 1600 3200 1170 1,20 0,11 0,77 0,36 0,73 4679 5500 500 3329 1900 3000 1300 1,17 0,11 0,71 0,41 0,64 4923 6250 500 3812 1900 3500 1300 1,27 0,10 0,77 0,38 0,71 5427 6000 500 4060 1900 3800 1366 1,10 0,09 0,75 0,35 0,70 5427 6000 500 4262 1900 4000 1366 1,10 0,09 0,78 0,35 0,74 Металеве рамне податливе кріплення зводять наступним чином. Після огляду забою і прибирання породи по периметру гірничої виробки проводять розчищення місць для установки криволінійних стійок 2. Криволінійні стійки 2 встановлюють по черзі в лунки, або на опорні плити на відстані В (див. таблицю) одна від одної. Потім криволінійні стійки 2 скріпляють з раніше встановленою попередньою суміжною аналогічною рамою, тобто з аналогічним металевим рамним податливим кріпленням, за допомогою міжрамних стяжок (зв'язків) (на кресленнях не показано). Положення криволінійних стійок 2 на опорній плиті фіксують в проектному положенні за допомогою упорів (на кресленнях не показано). При використанні роз'ємного (складеного) верхняка 1 заздалегідь проводять його автономний монтаж. Для цього подовжені горизонтальні прямолінійні ділянки складових частин 1a і 1б верхняка 1 сполучають внапустку (на довжині приблизно 400мм) і скріпляють між собою замками 4а, внаслідок чого формується вузол 3а податливості. Після цього проводять монтаж нероз'ємного або роз'ємного (складеного) верхняка 1 на стійках 2 (Фіг.1, 2). При цьому криволінійні кінцеві ділянки нероз'ємного або роз'ємного верхняка 1 сполучають зовні внапустку (L4 = 400 - 600мм, переважно 500мм) з криволінійними верхніми кінцевими ділянками криволінійних стійок 2, виконаними з однаковим радіусом R1 кривизни і скріпленими між собою замками 4, внаслідок чого формуються вузли 3 податливості. Після цього зовні рами, тобто металевого рамного податливого кріплення, встановлюють ґратчасту затяжку 7, що перешкоджає просипу породи всередину кріплення. K1=R1/B K2=R2/B K3=Н/В K4=L1/B K5=L2/B Для посилення і підвищення несучої здатності кріплення при його експлуатації в складних гірничо-геологічних умовах, зокрема для підтримки верхняка 1 на сполученнях штрек-лава, або, коли необхідно зняти криволінійні стійки 2 для забезпечення переміщення забійного конвеєра, може бути встановлена необхідна кількість рознесених по ширині всередині кріплення стійок 8 посилення. Для підвищення несучої здатності кріплення при експлуатації його в складних гірничогеологічних умовах, на горизонтальній прямолінійній середній ділянці нероз'ємного верхняка 1 або складових частинах 1a і 1б роз'ємного (складеного) верхняка 1 за допомогою підхватів 6 і кріпильних елементів додатково встановлюють анкери 5. Для подальшого підвищення несучої здатності кріплення при експлуатації його в особливо складних гірничо-геологічних умовах, на криволінійних перехідних ділянках не роз'ємного верхняка 1 або на складових частинах 1a і 1б роз'ємного (складеного) верхняка 1 за допомогою підхватів 6а і кріпильних елементів додатково встановлюють анкери 5а. Окрім цього анкери 5 і 5а забезпечують підтримку нероз'ємного (суцільного) або роз'ємного (складеного) верхняка 1 на сполученнях «штреклава», коли виникає необхідність демонтажу криволінійних стійок 2 для забезпечення переміщення (засування) забійного конвеєра. Металеве рамне податливе кріплення працює наступним чином. В процесі утворення навколо контуру виробки зони не пружних деформацій відбувається всебічне обтискання кріплення порушеними породами. Тиск порід з боків виробки сприймається криволінійними стійками 2 кріплення. Тиск порід з боку крівлі виробки сприймається нероз'ємним або роз'ємним верхняком 1 кріплення, а у разі посилення кріплення, також стійками 8 15 86472 16 посилення і анкерами 5, 5а. в жорсткийрежим роботи. За рахунок оптимізації геометричних параметПроте при експлуатації металеве рамне подарів верхняка 1, криволінійних стійок 2 і кріплення в тливе кріплення до жорсткого режиму роботи цілому, зокрема довжини L1 горизонтальної пряпрактично не доводять. молінійної середньої ділянки і радіусів R1, R2, відДля цього кріплення підсилюють або стійками повідно, кривизни криволінійних кінцевих і перехі8 посилення, необхідну кількість яких розміщують дних ділянок верхняка 1, форми, довжини L2 і по ширині кріплення, або анкерами 5 і 5а, які встарадіусу R1 кривизни криволінійних стійок 2, а також новлюють за допомогою підхватів 6, 6а і кріпильвисоти H кріплення забезпечується оптимальна них елементів. форма вдосконаленого кріплення. Підсилення виробки може бути здійснено Це дозволяє, залежно від форми виробки і гіршляхом додаткової установки незалежних анкерів ничо-геологічних умов, забезпечити необхідну не пов'язаних з металевими рамними податливигеомеханічну рівновагу системи «кріплення - мами кріпленнями (рамами) безпосередньо на горисив» при роботі кріплення в податливому режимі. зонтальній частині крівлі виробки, які розміщують У міру відробітку вугільного пласта зростає на розрахунковій відстані один до одного і до рам. тиск гірських порід на кріплення. Таке кріплення придатне для експлуатації, як При цьому відбувається прослизання ланок при звичайній, так і при більш прогресивній безкріплення у вузлах 3 податливості від дії тиску понишевій схемі відробітку виїмочної ділянки. рід з боку крівлі виробки, а також, в деякій мірі, у При цьому забезпечується необхідна стійкість вузлах 3а податливості від дії тиску порід з боків кріплення для підтримки виїмочних штреків до виробки. підходу лави, а також при знятті криволінійних стіТаке прослизання ланок кріплення у вузлах 3, йок 2 кріплення, коли здійснюється переміщення 3а податливості, відбувається тоді, коли зусилля (засування) забійного конвеєра. від дії гірського тиску у вказаних напрямах, переПриведені відомості підтверджують можливищують зусилля тертя ланок, що сполучаються, в вість промислового здійснення вдосконаленого згаданих вузлах 3, 3а податливості. металевого рамного податливого кріплення, яке В результаті забезпечується більш рівномірможе бути виготовлено промисловим способом на ний розподіл навантаження від тиску порід в ланбудь-якому підприємстві гірничого машинобудуках кріплення в постійно змінних гірничовання і може знайти широке застосування на вугігеологічних умовах. льних шахтах, наприклад Західного Донбасу УкраПісля прослизання ланок кріплення у вузлах 3, їни, і свідчать про те, що пропоноване технічне і в деякій мірі у вузлах 3а податливості, наступає рішення відповідає критерію винаходу «промислогеомеханічна рівновага системи «кріплення - мава придатність». сив» в нових умовах. Перелік позначень Основне навантаження кріплення сприймає з 1. верхняк боку крівлі виробки. 1а. складова частина верхняка 1 При роботі в податливому режимі за рахунок 1б. складова частина верхняка 1 прослизання ланок, що сполучаються, кріплення у 2. криволінійна стійка вузлах 3 податливості відбувається поступове 3. вузол податливості просідання верхняка 1 відносно криволінійних сті3а. вузол податливості йок 2. 4. замок вузла 3 податливості Цей процес багато разів повторюється до тих 4а. замок вузла 3а податливості пір, поки не буде вичерпана розрахункова величи5. анкер на податливості кріплення L5, а також резервна 5а. анкер величина податливості кріплення А. 6. підхват анкера 5 6а. підхват анкера 5а При вичерпанні повної податливості (L5 + А) 7. ґратчаста затяжка криволінійні стійки 2 з радіусом кривизни R1 упи8. стійка посилення. раються в криволінійні перехідні ділянки з радіусом кривизни R2 верхняка 1 і кріплення переходить 17 86472 18 19 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 86472 Підписне 20 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601