Кріплення гірничих виробок

1. Кріплення гірничих виробок, що містить прямий верхняк та дві стійки, виконані з профілю СВП, вузли їх з'єднання між собою, а також скоби, планки та гайки, що з'єднують верхняк зі стійками у вузлах з'єднання, міжрамні стяжки, що з'єднують рами кріплення між собою, та дерев'яну або залі 3 Технічний результат корисної моделі, що заявляється, полягає у створенні простого у виготовленні та у монтажі, надійного у роботі кріплення гірничих виробок. Причиною, що перешкоджає отриманню вказаного технічного результату за найближчим аналогом, є велика ненадійність кріплення за [патентом України №21581 А] у роботі, нераціональність конструкції такого кріплення. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу удосконалення рамного кріплення гірничої виробки, що включає у себе плоский верхняк та гнуті стійки, виконані з профілю СВП. В умовах роботи вугільних шахт Західного Донбасу, зокрема шахти „Благодатна" суттєву роль відіграє наявність у покрівлі вугільних пластів, що відпрацьовуються, міцних піщаників. При заляганні у покрівлі вугільних пластів міцних піщаників при комбайновому способі проведенні та кріпленні виїмкових штреків типовими кріпленнями арочної форми (кріплення АП, КШПУ та інші) спостерігається, зі зрозумілих причин, підвищений об'єм використання зубків прохідницьких комбайнів. При виконанні верхняка плоским, розміщеним горизонтально на верхній лінії вугільного пласта, відпадає необхідність відбійки міцних піщаників, що залягають у покрівлі вугільного пласта. І у корисної моделі, що заявляється, і у конструкції кріплення за найближчим аналогом, верхняк виконано плоским, що приводить у разі використання таких конструкцій на практиці, до суттєвої економій матеріальних ресурсів (зубків прохідницького комбайну та електроенергії). Використання плоского верхняка є спільною суттєвою ознакою корисної моделі, що заявляється, та найближчого аналогу. В той же час, як уже відзначалось, кріплення за найближчим аналогом має суттєві недоліки. Воно ненадійне у експлуатації, позаяк у конструкції рами цього кріплення передбачено наявність чотирьох шарнірів. Наявність чотирьох шарнірів приводить до значних деформацій рам кріплення, особливо у зоні впливу очисних робіт. Виробки, закріплені кріпленням за [патентом України №21581 А], швидко деформуються, вони ненадійні у роботі, що підтверджується практикою шахт Західного Донбасу. Необхідно також відзначити складність виготовлення та значну вагу планок для з'єднання відрізків СВП між собою. Необхідно також відзначити, що наявність прямолінійної стійки та стійки з кутом нахилу 45град. до вертикалі не є раціональними, їх робота не відповідає сучасним уявленням про геомеханічні процеси, що протікають у масиві навколо виробок в умовах вугільних шахт див. [2, 3, 4, 5]. Стійки кріплення корисної моделі, що заявляється, виконані з профілю СВП, вони мають прямолінійну частину (знизу), а верхня їх частина виконана вигином від виробки з радіусом вигину R та кутом вигину . Рама кріплення має висоту (у світлі) Н та ширину (у світлі) В. Співвідношення параметрів стійки рами кріплення - Н, В, R, та (кут нахилу прямолінійних нижніх частин стійок до вертикалі) між собою ви 18384 4 конано з урахуванням досвіду експлуатації кріплень виробок в умовах шахт, розрахунків, та проведенням стендових випробувань кріплень. Конкретні співвідношення приведено нижче. Розрахунки, що підтверджені практикою, дають раціональне співвідношення геометричних розмірів кріплення. Так, якщо виконується співвідношення геометричних розмірів кріплення К1=В1/В=0,44-0,46 К2=Н/В=0.78-0.80 то раціональність конструкції кріплення забезпечена. На відміну від прототипу, вузол з'єднання верхняка зі стійками виконано у вигляді відрізка профілю СВП („чобітка”) симетрично вигнутого під кутом, що відповідає куту між верхняком кріплення та стійками (приблизно 140°). Чобіток відкритою частиною з'єднує між собою верхняк та стійки з допомогою скоб типової конструкції, що включає у себе власне скобу, планку виконану зі сталевого листа, та дві гайки. Подібна конструкція з'єднання верхняка зі стійками забезпечує більш надійну (порівняно з вузлом з'єднання за найближчим аналогом) роботу кріплення, позаяк профіль СВП має більшу жорсткість порівняно з металевою планкою, що служить основою вузла кріплення за найближчим аналогом. Впровадження вказаних ознак дозволить створити кріплення гірничих виробок великої надійності, простих у виготовленні та експлуатації. Суттєвими ознаками кріплення, що заявляється,є наявність плоского верхняка, стійок, виконаних з профілю СВП, та вузла з’єднання верхняка зі стійками виконаного у вигляді „чобітка”, а також раціональне виконання співвідношень між геометричними розмірами кріплення, що забезпечить відповідність конструкції кріплення геомеханічним процесам, що мають місце у масиві, що оточує гірничу виробу. Так, якщо К1-В1/В=0,44-0,46 К2=Н/В=0.78-0.80 де B1 - довжина плоского верхняка (у світлі) В - максимальна ширина виробки (у світлі) Н - висота виробки (у світлі) то має місце раціональне співвідношення геометричних розмірів кріплення. Ознаками, відмінними від прототипу, являються: 1. Раціональне виконання співвідношень між геометричними розмірами кріплення, що забезпечить відповідність конструкції кріплення геомеханічним процесам, що мають місце у масиві, який оточує гірничу виробу. Так, якщо К1=В1/В=0,44-0,46 К2=Н/В=0,78-0,80 де B1 - довжина плоского верхняка (у світлі) В - максимальна ширина виробки (у світлі) Н - висота виробки (у світлі) то має місце раціональне співвідношення геометричних розмірів кріплення 2. Виконання вузла з'єднання верхняка зі стійками у вигляді відрізка профілю СВП („чобітка”) симетрично вигнутого під кутом, що відповідає куту між верхняком кріплення та стійками (приблизно 140°). Чобіток відкритою частиною з'єднує між собою верхняк та стійки з допомогою скоб типової 5 конструкції, що включає у себе власне скобу, планку виконану зі сталевого листа, та дві гайки. Подібна конструкція з'єднання верхняка зі стійками забезпечує більш надійну (порівняно з вузлом з'єднання за найближчим аналогом) роботу кріплення позаяк профіль СВП має більшу жорсткість порівняно з металевою планкою, що служить основою вузла кріплення за найближчим аналогом. Так, виконання геометричних розмірів кріплення у раціональному співвідношенні між собою забезпечить раціональність конструкції, її відповідність геомеханічним процесам, що мають місце у масиві, який оточує гірничу виробу. Так, якщо К1=В1/В=0,44-0,46 К2=Н/В=0,78-0,80 де В1 - довжина плоского верхняка (у світлі) В - максимальна ширина виробки (у світлі) Н - висота виробки (у світлі) то має місце раціональне співвідношення геометричних розмірів кріплення. Виконання вузла з'єднання верхняка зі стійками у вигляді відрізка профілю СВП („чобітка”) симетрично вигнутого під кутом, що відповідає куту між верхняком кріплення та стійками (приблизно 140°). Чобіток відкритою частиною з'єднує між собою верхняк та стійки з допомогою скоб типової конструкції, що включає у себе власне скобу, планку, виконану зі сталевого листа, та дві гайки. Подібна конструкція з'єднання верхняка зі стійками забезпечує більш надійну (порівняно з вузлом з'єднання за найближчим аналогом) роботу кріплення, позаяк профіль СВП має більшу жорсткість порівняно з металевою планкою, що служить основою вузла кріплення за найближчим аналогом. Таким чином, пропоноване кріплення виїмкових виробок дозволить створити кріплення гірничих виробок більшої надійності, просте у виготовленні та експлуатації. На основі приведеного можна зробити висновок, що нова сукупність суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, має причиннонаслідковий зв’язок з результатом, що досягається. Корисна модель пояснюється кресленнями: на Фіг.1 зображено кріплення у розрізи на Фіг.2 зображено місце | Фіг.1 на Фіг.3 зображено розріз А-А Фіг.1 Кріплення гірничих виробок включає у себе (Фіг.1) верхняк 1 та стійки 2, виконані з профілю СВП що являються несучими конструкціями, „чобітки” 3 що з'єднують верхняк зі стійками (Фіг.2), а також (Фіг.3) скоби 4, планки 5, та гайки 6, які з'єднують між собою „чобітки" з верхняком та стійками, міжрамні стяжки 7 (Фіг.1) які з'єднують між собою рами кріплення, простір між рамами кріплення та масивом, що оточує виробку, затягується дерев'яною, або залізобетонною, або іншою затяжкою 8 (Фіг.1). Застосування кріплення гірничої виробки, що заявляється, дозволить створити кріплення більшої надійності, просте у виготовленні та експлуатації. Так виконання геометричних розмірів кріплення у пропонованому співвідношенні між собою, забезпечить раціональність конструкції, її відповідність геомеханічним процесам, що мають місце у 18384 6 масиві, який оточує гірничу виробу. Так, якщо виконується співвідношення К1=В1/В=0,44-0,46 К2=Н/В=0,78-0,80 де В1 - довжина плоского верхняка (у світлі) В - максимальна ширина виробки (у світлі) Н - висота виробки (у світлі) то має місце раціональне співвідношення геометричних розмірів кріплення. Крім того, виконання вузла з'єднання верхняка зі стійками у вигляді відрізка профілю СВП („чобітка”) симетрично вигнутого під кутом, що відповідає куту між верхняком кріплення та стійками (приблизно 140°) забезпечує надійну роботу кріплення, позаяк профіль СВП має більшу жорсткість порівняно з металевою планкою. Таким чином, пропоноване кріплення гірничих виробок дозволить створити кріплення більшої надійності, просте у виготовленні та експлуатації. Підготовка кріплення гірничих виробок, що заявляється, до роботи та його робота в умовах, наприклад, вугільної шахти, здійснюється наступним чином: верхняк 1, стійки 2 та інші складові 3, 4, 5, 6, 7, доставляються з поверхні у прохідницький вибій, обладнаний, наприклад, прохідницьким комбайном. З допомогою стріли комбайна верхняк 1 підіймається та встановлюється у проектне положення. Робітники вручну підводять до верхняка 1 стійки 2, та з'єднують їх між собою „чобітками” 3 та скріплюючими деталями 4, 5, 6. Після встановлення кріплення здійснюється ретельна перевірка розмірів рами. Якщо розміри відповідають проектним, між рамами встановлюються міжрамні стяжки 7. Простір між рамами та гірничим масивом, що оточує виробку, затягується затяжками 8. Далі, аналогічно, встановлюються інші рами. Виробка, закріплена кріпленням, що заявляється, готова до роботи. Завдяки впровадженню кріплення гірничих виробок, що заявляється, стане можливим створення кріплень гірничих виробок, що відповідають сучасним уявленням про геомеханічні процеси, що відбуваються навколо виробки. Такі кріплення забезпечать довготривале безремонтне підтримання гірничих виробок, як магістральних, так і виїмкових. Вони надійні у експлуатації, прості у виготовленні. Ефективність впровадження кріплення, що заявляється підтверджується практикою - на шахті "Благодатна" таким кріпленням закріплено більше 700м. гірничих виробок (539м 504-го збірного штреку та близько 200м 504-го бортового штреку). Виробки, закріплені кріпленням, що заявляється, успішно експлуатуються на протязі більше року, а кріплення 504-го збірного штреку відпрацювало в умовах діючої лави, у зоні очисних робіт. Стан усіх виробок, закріплених кріпленням, що заявляється хороший. Ефективність конструкції кріплення, що заявляється, також підтверджується його стендовими випробовуваннями, які були здійснені інститутом ДонВУГІ. Згідно «Протокола лабораторных испытаний крепи КМБ из профиля СВП-22» від 14 квітня 2004р. робоча нагрузка, що сприймається кріп 7 18384 ленням, що заявляється, становить 310Кн/раму. В той же час робоча нагрузка, що сприймається типовими конструкціями кріплення (наприклад АП), становить 200Кн/раму. Таким чином, робоча нагрузка кріплення, що заявляється, більша робочої нагрузки типових кріплень у 1,55 рази, що підтверджує ефективність впровадження кріплення, що заявляється. Подібні кріплення можуть бути використані при кріпленні як виїмкових, так і магістральних гірничих виробок. Подібні кріплення можуть бути виготовлені та використані як окремими шахтами, так і об'єднаннями вугільних підприємств, при централізації виготовлення та постачання кріплень окремим шахтам, а також виготовлятись організаціями середньої потужності любої форми власності. Бібліографія 1. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 горных выработок. М., «Недра» 1989. 2. Усаченко Б.Р., Чередниченко В.П., Головчанский И.Е. Геомеханика охраны выработок в слабометаморфизованных породах.- К. Наукова думка. 1990. 3. Кравченко А.В. Обоснование рациональных параметров крепей для магистральных выработок на угольных пластах со слабометаморфизованными вмещающими породами (на примере шахт Западного Донбасса): Автореф. дисс... канд. техн. наук.- Днепропетровск, 1994. 3. Настуев Ю.М. Шипачев В.К. Некоторые проблемы разработки рамных крепей подготовительных выработок глубоких шахт. Уголь Украины. №5 2001. с.28. 4. Майхерчик Т., Гайко Г.И., Оценка геомеханических параметров вмещающих пород при проектировании крепи. Уголь Украины. №7 2002, с.50. 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 – 42, 01601