Затяжка шахтного кріплення

Винахід належить до гірничої галузі і його слід використовувати для кріплення гірничих виробок. Відома залізобетонна затяжка з об'ємним арматурним каркасом, яку кладуть на рами кріплення (А. с. СРСР № 723117, кл. Е 21Д 11/15, 1980). Недоліками затяжки є її висока вага (до 22 кг) і, як слідство, трудомісткість монтажу, недостатня грузонесуча спроможність, що зумовлена жорсткістю конструкції і відсутністю можливості її піддатливості, складність виготовлення. Несуча спроможність затяжки не відповідає несучій спроможності рам кріплення. Крім того, біля 30 % затяжок руйнуються при транспортуванні та розвантаженні, що значно збільшує витрати виробництва. Відомі конструкції затяжок у вигляді зварних ґрат, які кладуть на рами кріплення і з'єднують за допомогою зацепів між собою чи з спеціальним профілем кріплення. (А. с. СРСР № 714017. кл. Е 21Д 11/15. 1980; А. с. СРСР № 1509538, кл. Е 21Д 11/15 1989). Вадами таких затяжок є низька роботоспроможність при зосереджених навантаженнях з боку гірських порід, просипання їх повз грати, підвищений аеродинамічний опір, неможливість проведення тампонажу закріпного простору. Найбільш близькою за технічною суттю та досяжним ефектом є шахтна затяжка, що являє собою набір просторових елементів які кладуть на рами кріплення (А. с. СРСР № 1710766, кл. Е 21Д 11/15 1989 (прототип)). Недоліками затяжки прототипу є ламкий режим її роботи при навантаженні, що веде в випадку замежного деформування до раптових вивалів порід в виробку і створює небезпеку для працівників. Жорсткий та ламкий режим роботи затяжки не відповідає умовам взаємодії піддатливого кріплення з масивом порід, оскільки не забезпечені рівностійкість та спільне деформування затяжки з рамами кріплення. Винахід вирішує задачу забезпечення високої працездатності конструкції та відповідності деформування затяжки з роботою рам кріплення. Технічний результат, котрий може бути досягнуто при здійсненні винаходу, полягає в забезпеченні піддатливого режиму взаємодії затяжки гірськими породами та перерозподілі навантаження з затяжки на рами кріплення. Це потребує ефективної роботи затяжки замежному деформуванні та ув'язки її конструктивних розмірів з геометрією розміщення затяжки на рамі кріплення. Ця технічна задача досягається тим, що затяжка рамного кріплення виконана у вигляді просторового тонкостінного елемента з зацепами по кінцях, причому, згідно з винаходом, затяжка має форму жолобу, бокові стінки якого нахилені до днища з розвалом назовні під кутом a , тангенс котрого відповідає умові 0,1 £ tg a £ 0,15 , а висота бокових стінок h знаходиться у межах b / 4 £ h £ b / 2 , де b - ширина днища. . Крім того, зацепи виконано симетрично по обох кінцях у вигляді вирізів в бокових стінках на глибину С, розмір якої відповідає нерівностям h / 3 £ C £ h / 2 , а ширина з вирізу 1 на зовнішній кромці стінки перебільшує ширину f фланця спеціального профілю кріплення на 20...30 мм. Завдяки тому, що затяжка має форму тонкостінного жолобу, бокові стінки якого нахилені до днища з розвалом назовні під кутом, тангенс котрого відповідає умові 0,1 £ tg a £ 0,15 , а висота бокових стінок h знаходиться у межах b / 4 £ h £ b / 2 , де b - ширина днища, досягають надійної роботи затяжки в замежній стадії деформування, забезпечують повільний вигин її у виробку, що сприяє перерозподілу навантаження з прогонної частини затяжки на рами кріплення, та відповідне деформування останніх. Те, що зацепи виконано симетрично по обох кінцях затяжки на глибину С, розмір якої відповідає нерівностям h / 3 £ C £ h / 2 , дозволяє надійно утримуватись затяжці на рамах кріплення, виключаючи небезпеку прослизання опорної частини затяжки 1 у виробку, що підвищує ресурс надійності в замежній стадії деформування конструкції. Крім того, забезпечується достатня роботоспроможність стінок у місцях вирізів. Запропонована ширина вирізів формує зацепи, які мають можливість виконувати свої функції навіть у випадку ймовірного відхилення міжрамної відстані від проектної величини. Таким чином, запропонована затяжка шахтного кріплення забезпечує високу працездатність конструкції та відповідність деформування затяжки роботі рам кріплення. На фіг. 1 показано загальний вигляд затяжки, фіг. 2 - опирання затяжки на кріплення та взаємодія з породним масивом в замежній стадії деформування. Затяжка виготовлена у вигляді просторового елемента у формі жолобу (наприклад, з листової сталі) товщиною t та довжиною L і складається з днища 1 шириною b та бокових похилих стінок 2 висотою h. Бокові стінки нахилені назовні під кутом a , причому висота h бокових стінок 2 не перебільшує половини ширини b днища 1. Затяжка має симетричні зацепи 3, які утворені за допомогою вирізів 4 в бокових стінках 2 на висоту С, що не перебільшує половини висоти h стінки 2. Ширина вирізу 1 на зовнішній кромці стінки 2 не менш як в 1,5 рази перебільшує ширину f фланця 5 спеціального профілю кріплення. Затяжки кладуть на спеціальний профіль днищем 1 догори так, щоб вирізи 4 потрапляли на фланці 5, а зацепи 3 знаходились у внутрішній частині спеціального профілю. Запропоновані співвідношення розмірів затяжки дозволяють забезпечити надійну її роботу в замежній стадії деформування, поступовий вигин у виробку при навантаженні, що супроводжується пластичною течією стінок 2 та прогином днища 1 без вигинно-крутильного неконтрольованого деформування. Нахил бокових стінок 2 вибрано за умови рівноваги сумарних рівнодіючих межевих напружень у стінках затяжки від повздовжнього і поперечного моментів, що забезпечить місцеву стійкість стінок при завантаженні. Якщо тангенс кута нахилу стінок буде менше, ніж 0,1, то не забезпечується надійне та економне пакетування затяжки при її транспортуванні. У випадку, коли tg a >0,15, різко зменшується стійкість стінок затяжки. Діапазон допустимого розміру висоти бокових стінок b/4...b/2 зумовлено, з одного боку, критерієм забезпечення роботоспроможністі затяжки у замежній стадії деформування, а з другого - критерієм економічної витрати матеріалу. Розміри вирізів 4 забезпечують надійну роботу зацепів 3 навіть у випадку ймовірного відхилення міжрамної відстані від проектної величини, для чого вони перебільшують ширину f фланця на 20...30 мм, що відповідає допускам на відхилення рами від проектного положення при її монтажу. Якщо прийняти менший розмір 1, то виникнуть труднощі при зведенні затяжки, а більший, ніж вказано, виріз призведе до недостатньої фіксації затяжки на кріпленні. Крім того, запропоновані геометричні параметри затяжки забезпечують мінімальну вартість та трудомісткість виготовлення затяжки, відносно до її грузонесучої спроможності. Заданий діапазон розбігу глибини вирізу С зумовлено необхідністю забезпечити, по-перше, надійну фіксацію затяжки на рамі кріплення при її деформуванні і, по-друге, одночасно несучу спроможність стінки на ділянці опору затяжки на раму. Затяжка працює таким чином. Затяжку до місця виконання робіт по монтажу кріплення доставляють у пакетах по 10-12 штук. Ця прогресивна форма доставки можлива завдяки жолобчатій формі затяжки, що дозволяє укладати їх одну в одну. На рамне кріплення затяжки укладають днищем 1 догори так, щоб суміжні затяжки торкалися своїми стінками 2, а зацепи 3, завдяки вирізам 4, опинилися за фланцями 5 спеціального профілю кріплення 9. Таке розміщення підвищує стійкість затяжки при вигинно-крутильному деформуванні, та протидіє прослизанню опорної частини затяжки у виробку у разі її замежного деформування. Закріпний простір заповнюють забутівкою 8 (фіг. 2). При зміщеннях породного контуру 10 у виробку затяжка працює як просторова конструкція (циліндрична оболонка), яка перерозподіляє навантаження з затяжки на рами кріплення. При зростанні зовнішніх навантажень в бокових стінках 2, що сприймають вигинний момент, виникає пластична течія металу. Затяжка деформується шляхом вигину в виробку, та завдяки пластичним властивостям металу її грузонесуча спроможність майже не змінюється до стріли вигину U = (0,1...0,15)d, де d - відстань між рамами. Деформування затяжки з проектного положення 6 в деформоване 7 веде до того, що зовнішнє навантаження на затяжку значно зменшується, а його розподіл змінюється і концентрується на рами кріплення, що розвантажує затяжку та забезпечує її високу працездатність в піддатливому режимі. Гірничий тиск в цьому випадку сприймають рами кріплення 9, що забезпечує відповідність роботи рам деформуванню затяжки. Таким чином, винахід вирішує поставлену технічну задачу і дозволяє створити міжрамну огорожу високої працездатності і несучої спроможності, що забезпечить надійну експлуатаційну стійкість гірничих виробок.