Металеве арочне податливе кріплення

1 Металеве арочне податливе кріплення, що містить виконані з спецпрофілю криволінійний верхняк і стояки з прямолінійними нижніми і криволінійними верхніми частинами, кінцеві ділянки верхняка і стояків установлені внапусток і скріплені між собою замками, яке відрізняється тим, що стояки виконані з вертикальними нижніми частинами з можливістю змикання їх торців після осідання, при цьому довжина ділянки верхньої частини кожного стояка між його верхнім торцем і ВІДПОВІДНИМ йому замком визначається співвідношенням L = тсгю де 05B-sinj(p+r|y(hc +R со = arcsin 1. L - довжина ділянки верхньої частини стояка між його торцем і ВІДПОВІДНИМ йому замком, Корисна модель належить до гірничої промисловості і може бути використана для кріплення гірничих виробок у процесі їх спорудження і експлуатації Відоме металеве арочне податливе кріплення, що містить виконані з спецпрофілю криволінійний верхняк і стояки з криволінійними нижніми і верхніми частинами, кінцеві ділянки верхняка і стояків установлені внапусток і скріплені між собою замками [декл патент України №52340А, кл E21D11/14, опубл 16 12 2002] г - внутрішній радіус верхняка, В - ширина арочного кріплення біля основи стояків, п с - висота прямолінійної нижньої частини стояка, R - внутрішній радіус криволінійної верхньої частини стояка, ( - центральний кут криволінійної верхньої частиЗ ни стояка, гіф - висота фланця спецпрофілю верхняка і стояків, т - заданий кут нахилу прямолінійної нижньої частини стояка до вертикальної осі кріплення після його осідання, Ф - кут між прямолінійною нижньою частиною стояка і хордою, яка з'єднує верхній і нижній КІНЦІ СТОЯКІВ, 7t = 3,14 2 Кріплення за п 1, яке відрізняється тим, що кожний замок містить принаймні дві скоби з різзю на кінцях, планку і з'єднувальні пластини 3 Кріплення за п 2, яке відрізняється тим, що скоби з єднані з планкою за допомогою нарізного з'єднання 4 Кріплення за п 2, яке відрізняється тим, що скоби жорстко з'єднані між собою за допомогою з'єднувальних пластин, приварених до однойменних КІНЦІВ скоб вище від різі Недоліком відомого кріплення є невисокі показники несучої здатності й експлуатаційної надійності, зумовлені недостатньою МІЦНІСТЮ верхняка і нестабільністю сил його зчеплення з стояками Найближчим аналогом кріплення, що заявляється, є металеве арочне податливе кріплення, що містить виконані з спецпрофілю криволінійний верхняк і стояки з прямолінійними нижніми і криволінійними верхніми частинами, кінцеві ділянки верхняка і стояків установлені внапусток і скріплені між собою замками Прямолінійні нижні частини 00 CD CM 10268 розташовані під кутом до вертикальної осі кріплення р=7°-11° [патент України №18737, кл E21D 11/14, опубл 25 12 97] Недоліком найближчого аналога є невисока несуча здатність при недостатній експлуатаційній надійності кріплення Пояснюється це тим, що при роботі кріплення у податливому режимі відбувається значне осідання верхняка і збільшення кута нахилу стояків При цьому збільшується поздовжня напруга у стояках, їх торці при переміщенні впираються у верхняк з внутрішньої сторони, а торці верхняка виходять за межі зовнішнього контуру стояків, впираючись у гірничий масив, що приводить до втрати податливості кріплення і швидкого його руйнування під дією високих навантажень Крім того, розтягнення і перекіс замків під дією вертикального і бічного гірничого тиску призводить до розвороту і заклинювання верхняка відносно стояків у МІСТІ їх напустка В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення металевого арочного податливого кріплення, у якому шляхом нового виконання стояків і їх з'єднання з верхняком підвищено несучу здатність кріплення при забезпеченні високої експлуатаційної надійності Для вирішення поставленої задачі у металевому арочному податливому кріплені, що містить виконані з спецпрофілю криволінійний верхняк і стояки з прямолінійними нижніми і криволінійними верхніми частинами, кінцеві ділянки верхняка і стояків установлені внапусток і скріплені між собою замками, згідно з корисною моделлю, стояки виконані з вертикальними нижніми частинами з можливістю змикання їх верхніх торців після осідання, при цьому довжина ділянки верхньої частини кожного стояка між його верхнім торцем і ВІДПОВІДНИМ йому замком визначається співвідношенням L= 71ГС0 180 де 0,5В-str/ф+^(hc +R simp)2+R 2 (1-cosp) 2 ) і * •*• со = arcsinг-гіф L - довжина ділянки верхньої частини стояка між його верхнім торцем і відповідним йому замком, г - внутрішній радіус верхняка, В - ширина арочного кріплення біля основи стояків, he -висота прямолінійної нижньої частини стояка, R - внутрішній радіус криволінійної верхньої частини стояка, р - центральний кут криволінійної верхньої частини стояка, гіф - висота фланця спецпрофілю верхняка і стояків, т - заданий кут нахилу прямолінійної нижньої частини стояка до вертикальної осі кріплення після його осідання, е - кут між прямолінійною нижньою частиною р стояка і хордою, яка з'єднує верхній і нижній КІНЦІ СТОЯКІВ, к = 3,14 Найкраще, щоб кожний замок містив принаймні дві скоби з різзю на кінцях, планку і з'єднувальні пластини, а скоби були б з'єднані з планкою за допомогою нарізного з'єднання Доцільно, щоб скоби були жорстко з'єднані між собою за допомогою з'єднувальних пластин, приварених до однойменних КІНЦІВ скоб вище від різі Співвідношення для визначення довжини кінцевих ділянок криволінійних верхніх частин стояків одержано авторами експериментальним шляхом і узгоджено з методикою розрахунку типового металевого арочного податливого кріплення [див „Уніфіковані типові перетини гірничих виробок, закріплених комбінованим арочним кріпленням із взаємозамінного шахтного профілю Альбом", УТП 101 00174131 002-2004, Київ] Сукупність суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, дозволяє підвищити несучу здатність і забезпечити експлуатаційну надійність кріплення за рахунок збільшення величини початкового напустка кінцевих ділянок верхняка і стояків, а саме, вибору довжини ділянок верхньої частини кожного стояка між його верхнім торцем і ВІДПОВІДНИМ йому замком, із співвідношення, одержаного авторами на основі експериментальних даних Згадані ділянки стояків при осіданні кріплення підтримують верхняк у податливому режимі роботи, а зімкнувшись верхніми торцями при максимально припустимому осіданні кріплення, утворюють жорстку конструкцію з подвійним верхняком Крім того, технічний результат підсилюється виконанням жорсткої конструкції замків, яка протидіє розвороту і заклинюванню верхняка відносно стояків у МІСТІ їх напустка На Фіг 1 зображено запропоноване металеве арочне податливе кріплення у вихідному положенні (пунктиром показаний контур кріплення після вибірки податливості із змиканням верхніх торців стояків ), на Фіг 2 - вузол податливості, вид збоку, на Фіг 3 - переріз А - А вузла на Фіг 2 Металеве арочне податливе кріплення містить виконані з спецпрофілю криволінійний верхняк 1 і стояки 2 з прямолінійними вертикальними нижніми частинами 3 і криволінійними верхніми частинами 4 Кінцеві частини верхняка 1 і стояків 2 установлені внапусток з можливістю проковзування і скріплені між собою замками 5 (Фіг 1) Кожний із замків 5 містить жорстко з'єднані між собою скоби 6 з різзю 7 на кінцях, планку 8 і з'єднувальні пластини 9 3 планкою 8 скоби 6 з єднані за допомогою нарізного з'єднання, наприклад, гайками 10, а між собою - за допомогою з єднувальних пластин 9, приварених до однойменних КІНЦІВ скоб 6 вище від різі 7 (Фіг 2) Стояки 2 встановлені з можливістю змикання їх верхніх торців 11 після осідання Довжина ділянки верхньої частини 4 кожного стояка 2 між його верхнім торцем 11 і ВІДПОВІДНИМ йому замком 5 (Фіг 1) визначається співвідношенням і _ тсгсо ~І80' 10268 ДЄ 0,5B-sir/ф + г|л 2 +R (1 - cos P) со = arcsin L - довжина ділянки верхньої частини стояка 2 між його верхнім торцем 11 і відповідним йому замком 5; г - внутрішній радіус верхняка 1; В - ширина арочного кріплення біля основи стояків; h c - висота прямолінійної нижньої" частини З стояка 2; R - внутрішній радіус криволінійної верхньої частини 4 стояка 2; Р - центральний кут криволінійної верхньої частини 4 стояка 2; гіф- висота фланця 12 спецпрофілю (Фіг.З); т - заданий кут нахилу прямолінійної нижньої частини 3 стояка 2 до вертикальної осі кріплення після його осідання; Ф - кут між прямолінійною нижньою частиною З стояка 2 і хордою Z, яка з'єднує верхній і нижній кінці стояків 2; 7і=3,14. У процесі утворення зони не пружних деформацій навколо контуру виробки відбувається всебічне обтиснення кріплення порушеними породами. При перевищенні тиску порід над силами тертя у замках 5 кріплення відбувається прослизання кінцевих частин верхняка 1 відносно кінцевих ділянок криволінійних верхніх частин 4 стояків 2. Прослизання верхняка 2 відбувається доти, поки не встановиться геомеханічна рівновага системи „кріплення-масив" в новому стані. Цей процес постійно повторюється, при цьому відбувається осідання кріплення до тих пір, поки верхні торці 11 стояків 2 не увійдуть у змикання один з одним з утворенням подвійного верхняка 1. Після цього кріплення продовжує працювати у жорсткому режимі до моменту досягнення допустимих правилами безпеки параметрів: кута нахилу прямолінійних нижніх частин 3 стояків 2 і висоти кріплення. Жорстке з'єднання скоб 6 планкою 8 і з'єднувальними пластинами 9 забезпечує незмінність взаємного розташування скоб 6 у замках 5, що в свою чергу протидіє розвороту або заклинюванню верхняка 1 відносно стояків 2 під дією навантажень і, як слідство, підвищує несучу здатність і експлуатаційну надійність кріплення. Металеве арочне податливе кріплення зводиться відомими засобами і працює наступним чином. А-ДО Комп'ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 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 - 4 2 , 01601