Решітчаста затяжка кріплення

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при затяжке кровли и боков в процессе крепления горных выработок податливой рамной крепью. Известна затяжка для рамной крепи в виде решетки из стержней с зацепами [1]. Решетка наклеена на полотно из негорючего синтетического материала. Затяжку устанавливают на породное обнажение, при этом ее сцепляют с уже установленной ранее затяжкой и прижимают рамной крепью. В процессе действий сил горного давления породы смещаются в полость выработки, надавливают на затяжку деформируя ее и прогибая. При смещениях более 5 - 10мм породы интенсивно растрескиваются на отдельные куски, которые не имеют возможности выпадания в выработку и травмирования человека. Этому препятствует наклеенное на решетку синтетическое полотно. Недостатком аналога является высокая себестоимость затяжки из-за сложности и многоэтапности процесса ее изготовления. Известна затяжка в виде решетки с квадратными окнами из стержней, в которую пропущены стержни с крючками [2]. Затяжку устанавливают на породное обнажение, сцепляя с уже установленной и прижимают рамной крепью. В процессе действия сил горного давления породы растрескиваются и отдельные куски стремятся выпасть в прямоугольные окна решетки затяжки и, таким образом, могут травмировать людей. Вероятность вывала кусков породы определяется соотношением их размеров и размеров окон решетки. Распределение размеров кусков породы зависит, в свою очередь, от уровня сил горного давления в прочности вмещающих выработку пород. Однако эти факторы не учитываются при создании конструкции решетки. Поэтому нет никакой гарантии, что окна решетки затяжки не будут выполнены слишком большими и удержат растрескавшиеся породы от вывала. Это снижает безопасность эксплуатации затяжки в выработке. С другой стороны, если окна решетки будут слишком мелкими, возникает второй недостаток-: неоправданного расхода прутка на изготовление затяжки и снижение ее экономичности. Так, при изменении размеров окна решетки в 2 раза ее стоимость изменяется в 3,2 - 4 раза за счет непропорционального изменения числа точек сварки и расхода прутка. Таким образом, недостатком этой затяжки является низкая безопасность ее эксплуатации и завышенная себестоимость. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является решетчатая затяжка, состоящая из ортогонально соединенных продольных и поперечных стержней, образующих прямоугольные окна решетки. Крайние стержни выполнены длиннее и загнуты в крючки [3]. Затяжку устанавливают на породное обнажение, сцепляя крючьями с ранее установленной затяжкой и прижимают рамной крепью. Под действием сил горного давления породы растрескиваются и смещаются в полость выработки, надавливая на затяжку. При этом отдельные куски стремятся вывалиться через прямоугольные окна решетки и травмировать людей в выработке. Исследованиями установлено, что критическим с точки зрения устойчивости пород на обнажении является меньший размер окна решетки. Однако, он должен быть согласован с размерами кусков поддерживаемой породы. Кроме того больший размер также не может быть произвольным. Иначе возникает опасность раздвижки противоположных стержней окна решетки отдельными кусками и их выпадения. Таким образом, оба размера прямоугольного окна решетки затяжки должны находиться в оптимальном соотношении с размерами кусков породы на поддерживаемом обнажении. При больших размерах, чем критический резко возрастает вероятность вывала кусков и, как следствие, снижается безопасность эксплуатации затяжки. При неоправданно заниженных размерах окна решетки возникает перерасход материалов и теряется экономичность затяжки. Следовательно, недостатком затяжкипрототипа являются низкая безопасность ее эксплуатации и недостаточная экономичность. Задачей изобретения является повышение безопасности эксплуатации затяжки в выработках с одновременным снижением ее себестоимости за счет учета сил горного давления и прочности вмещающих пород, формирующих совместно кусковатость вмещающих пород на обнажении. Поставленная задача решается тем, что в известной решетчатой затяжке, выполненной в виде ортогонально соединенных продольных и поперечных стержней, образующих прямоугольные окна решетки, меньший размер прямоугольного окна решетки имеет величину, определяемую по зависимости где - эмпирический коэффициент, принимаемый при сроках службы выработки до 5, 10, 15 и более лет, соответственно, 1,5см, 1,2см, 1см,1см; - прочность на одноосное сжатие пород в кровле выработки, МПа; - объемный вес пород, МН/м; - глубина заложения выработки, м а больший размер прямоугольного окна решетки принимают равным Обследование 30 выработок 10 шахт 4 объединений показало, что распределение кусковатости трещиноватых пород на обнажениях зависит от их прочности на сжатие, глубины заложения выработок, степени влияния смежных очистных работ и срока службы выработок. На фиг.1 показаны примеры распределений кусковатости трещиноватых пород для двух условий: кривая 1 - для выработка служит 8 лет и находится в зоне подработки; кривая II для выработка служит 6 лет вне зоны влияния очистных работ. Как видно из графиков, распределения для двух случаев существенно отличаются. В первом случае куски мельче, при этом преобладают с размерами 8 12см. Во втором они крупнее, а их размеры распределены равномернее. Лабораторные испытания, проведенные на стенде из эквивалентных материалов, показали, что резкое увеличение вероятности вывала кусков начинается после превышения размеров прямоугольного окна решетки затяжки критических величин. При этом даже меньший размер окна мог быть больше в несколько раз отдельных мелких кусков породы. Однако они сохраняли сил устойчивость за счет взаимного трения друг о друга. Однако начиная с определенной критической величины размеров окна решетки, куски в процессе выдавливания породы получали дополнительную степень свободы, что приводило к лавинообразному их просыпанию через окна решетки. Статистический анализ результатов экспериментов показал, что с запасом надежности 30 - 40% меньший размер прямоугольного окна решетки должен иметь величину, определяемую по формуле (1). Это сводит вероятность вывала кусков практически к нулю. Больший размер должен определяться зависимостью (2). При этом значение множителя 2 принимают при эксплуатации выработки в зоне влияния очистных работ по смежным пластам (под- и надработки), 1,5 - при влиянии очистных работ на собственном пласте 1 - при эксплуатации выработки вне зоны влияния. С увеличением срока службы выработки кусковатость пород растет непропорционально, с затуханием, что отражает эмпирический коэффициент в формуле (1). Этот коэффициент в физическом смысле отражает эквивалентный размер окна решетки при единичных начальных условиях. Таким образом соблюдение оптимальных размеров прямоугольного окна решетки затяжки позволяет обеспечить надежную безопасность ее эксплуатации при минимальной себестоимости, что решает поставленную задачу. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведены распределения кусковатости трещиноватых пород - дифференциальное содержание кусков определенного диаметра на фиг.2 - 6 - затяжки для применения в выработках, эксплуатируемых в разных горногеологических и горнотехнических условиях; на фиг.7 - схема работы затяжки на обнажениях. Позициями 1 и 2 обозначены продольные и поперечные стержни, образующие прямоугольные окна 3 решетки 4. Позицией 5 указан меньший размер прямоугольного окна 3, позицией 6 - больший. Затяжка обозначена позицией 7, породное обнажение - 8, крепь - 9. Пример. Необходимо сконструировать затяжку для следующих условий. Шаг установки рамной крепи равен во всех случаях 0,8м. Глубина разработки 1200, 1000, 800 и 600м, прочность вмещающих пород 30, 40, 60 и 80МПа и соответственно находится вне зоны влияния смежных работ, испытывает воздействие очистных работ на собственном пласте и влияние подработки по нижележащему пласту. Во всех случаях объемный вес породы равен 0,025МН/м. В таблице приведены результаты расчетов параметров решетчатой затяжки для вышеуказанных условий. Таким образом, в первом случае затяжка выполнена в виде ортогонально соединенных трех продольных 1 и поперечных 2 стержней, образующих прямоугольные окна 3 решетки 4, причем меньший размер 5 прямоугольного окна 3 решетки 4 имеет величину, определяемую по зависимости (1), в данном случае 11,31см, а больший размер 6 прямоугольного окна 3 решетки 4 принят равным согласно зависимости (2), в данном случае 22,62см. Во втором, третьем и четвертом случае размеры 5 и 6 приведены в таблице. Позицией 7 обозначена затяжка на породном обнажении 8 и прижатая рамной крепью 9. Затяжка работает следующим образом: затяжку 7 устанавливают на породное обнажение 8 и прижимают рамными крепями 9. Трещиноватые породы 8 надавливают на затяжку 7 и прогибают ее в полость выработки, поскольку затяжка опирается на рамные крепи 9. Отдельные куски породы 8 подперты продольными 1 и поперечными 2 стержнями затяжки 7 и стеснены в своем движении. Благодаря взаимному трению друг о друга куски 8 удерживаются таким образом за затяжкой 7 на породном обнажении 8 в устойчивом положении. Удельная металлоемкость на единицу площади и поддерживаемого обнажения затяжки может изменяться от 3,340кг/м в первом случае до 1,89 кг/м в четвертом случае, то есть в 1,78 раза для вышеприведенных условий, при использовании для ее изготовления катанки диаметром 6мм. В практике эта разница достигает 2 - 2,5 раза. Это значит, что при обеспечении надежной безопасности эксплуатации затяжки ее оптимальная себестоимость может колебаться в пределах 100% и более. За счет повышения безопасности эксплуатации затяжки с одновременным снижением ее себестоимости достигается значительная экономия средств.