Металеве арочне податливе кріплення

Металеве арочне податливе кріплення, що містить з'єднані між собою рами (1), кожна з яких складається з криволінійних верхняка (2) і стояків (3), виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і з'єднаних між собою вузлами (4) податливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка (2) і стояків (3) і скріпленими між собою замками (5), яке відрізняється тим, що сто яки (3) і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка (2) кожної рами (1) виконані в вигляді дуг (І_і, І_г) однакової кривизни, у яких радіуси (R-i) кривизни рівні ширині (А) рами (1) біля підошви, а їх центри (О-і) розташовані в площині підошви рами (1), причому середня частина верхняка (2) виконана в вигляді дуги (І_з), радіус (R2) кривизни якої вибраний менше, ніж радіуси (R-i) кривизни дуг (І_г) його кінцевих частин, і рівний R2 = A-0,5-A-tga, де А - ширина рами (1) біля підошви, м, Винахід відноситься до гірничої промисловості і може бути використаний для кріплення гірничих виробок в різних і особливо складних гірничогеологічних умовах Відоме металеве арочне податливе кріплення /SU, авторське свідоцтво №1537819, А1, МКВ E21D 11/14, заявл 080388, опубл 23 0190, бюл №3/, що включає сполучені між собою рами, кожна з яких складається з криволінійного верхняка і стояків з криволінійними верхніми частинами і прямолінійними нижніми частинами, виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапустку кінцевими частинами верхняка і стояків і скріпленими між собою замками Криволінійні верхні частини стояків і зв'язаний з ними верхняк окреслені дугами однакової кривизни, у яких радіуси кривизни рівні половині ширини рами, а їх центри розташовані вище площини підошви рами і знаходяться в одній точці по осі рами Прямолінійні нижні частини стояків розташовані вертикально Недоліком відомого кріплення є низька несуча здатність і СТІЙКІСТЬ відносно криво направлених навантажень Викликане це тим, що нижні частини стояків виконані прямолінійними і розташовані вертикально, а радіус кривизни дуги, якою окреслений верхняк, дуже великий У зв'язку з цим верхняк не може сприймати високі і, зокрема, - зосереджені навантаження гірничих порід з боку покрівлі Відоме металеве арочне податливе кріплення /UA, патент №18737, С1, E21D 11/14, заявл 28 06 94, опубл 25 12 97, бюл №6/, що включає сполучені між собою рами, кожна з яких складається з криволінійного верхняка і стояків з криволінійними верхніми частинами і похилими прямолінійними нижніми частинами, виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапустку кінцевими частинами верхняка і стояків і скріпленими між собою замками Радіус кривизни верхняка вибраний менше радіуса кривизни верхніх частин стояків, а кут нахилу прямолінійних нижніх частин стояків до вертикальної осі кріплення рівний 7-11 ° Радіус кривизни верхніх частин стояків становить 1,272 (0,9 -1,1) радіусу кривизни верхняка Це кріплення має більш високі показники несучої здатності і СТІЙКОСТІ, чим попереднє, за рахунок ** - кут між площиною підошви рами (1) і прямою, -що проходить через центр (О-і) радіуса (R-i) кривизни стояка (3) /або зв'язаної з ним кінцевої частини верхняка (2)/ і точкою сполучення дуг різних радіусів (R-i, R2) кривизни верхняка (2), a - 20 50 , а й о г о ц е н т р площині симетрії рами (1) розташований в О ^ со сч Ю 52340 того, що радіус кривизни верхняка виконаний трохи менше радіуса кривизни верхніх частин стояків, а похилі нижні частини стояків розташовані під кутом 7 -11 ° до вертикальної осі Однак і це кріплення не володіє достатньою несучою здатністю і СТІЙКІСТЮ відносно криво направлених навантажень Викликане це тим, що нижні частини стояків виконані, хоч і похилими, але прямолінійними, а радіус кривизни дуги, якою окреслений верхняк, ще дуже великий, в зв'язку з чим він не може сприймати високі і, зокрема, - зосереджені навантаження гірничих порід з боку покрівлі Крім того, в зв'язку з тим, що радіуси кривизни верхніх частин стояків і верхняка у вузлах податливості не однакові в конструкції кріплення не забезпечуються необхідні значення робочого опору, конструктивної податливості і їх стабільність під дією високих навантажень Відоме металеве арочне податливе кріплення /RU, патент №2029871, С1, E21D 11/14, заявл 281191, опубл 270295, бюл №6/, що включає сполучені між собою рами, кожна з яких складається з криволінійних верхняка і стояків, виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапустку кінцевими частинами верхняка і стояків і скріпленими між собою замками Стояки і верхняк окреслені дугами різної кривизни Радіус кривизни верхняка вибраний менше радіусів кривизни стояків Стояки окреслені радіусом кривизни, який вибраний менше ширини рами у підошви, а його центр розташований вище площини підошви рами Центр радіуса кривизни верхняка розташований по осі рами У вузлах податливості кінцеві частини стояків і верхняка виконані прямолінійними і однакової довжини, але меншої, ніж довжина напусток ланок у вузлах податливості Це кріплення має більш високі показники несучої здатності і СТІЙКОСТІ, чим попереднє за рахунок того, що стояки виконані зігненими, а радіус кривизни верхняка виконаний значно менше радіусів кривизни стояків Однак і це кріплення не володіє необхідною несучою здатністю і СТІЙКІСТЮ відносно криво направлених навантажень Викликане це тим, що радіуси кривизни стояків і верхняка мають не оптимальні значення Тому це кріплення, хоч і має поліпшені показники несучої здатності і СТІЙКОСТІ, але в складних гірничогеологічних умовах не може протистояти високим вертикальним і криво направленим навантаженням, діючим з боку навколишнього гірничого масиву Крім того, в зв'язку з тим, що у вузлах податливості кінцеві частини стояків і верхняка виконані прямолінійними, в конструкції кріплення не забезпечуються достатні значення робочого опору, величини конструктивної податливості і їх стабільність під дією високих навантажень Пояснюється це тим, що при роботі кріплення в податливому режимі відбувається значне осідання верхняка При цьому торці стояків при переміщенні верхняка вниз впираються в криволінійний верхняк з внутрішньої сторони, а торці верхняка також виходять за межі зовнішнього контуру стояків і впираються в навколишній гірничий масив, що приводить до втрати податливості кріплення У результаті кріплення стає жорстким і швидко руйнується під дією високих навантажень Найбільш близьким до винаходу по числу загальних ознак і результату, що досягається, є вибране як прототип, відоме металеве арочне податливе кріплення /SU, авторське свідоцтво №1627711, А1, MKB-5E21D 11/14, заявл 180388, опубл 150291, бюл №6/, що включає сполучені між собою рами, кожна з яких складається з криволінійних верхняка і стояків, виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапустку кінцевими частинами верхняка і стояків і скріпленими між собою замками Стояки і верхняк окреслені дугами різної кривизни Радіус кривизни верхняка вибраний менше радіуса кривизни стояків Верхняк має постійну і однакову кривизну, як кінцевих його частин, так і його середньої частини Стояки окреслені дугами, радіус кривизни, яких вибраний менше ширини рами у підошви, а їх центри розташовані вище площини підошви рами Центр радіуса кривизни верхняка розташований по осі рами, а його місце розташування чітко не визначене, оскільки не взаємопов'язане з іншими геометричними параметрами ланок кріплення У вузлах податливості радіуси кривизни верхніх частин стояків і верхняка не однакові Це кріплення, також як і попереднє, має більш високі показники несучої здатності і СТІЙКОСТІ ВІДНОСНО вертикальних або горизонтальних навантажень за рахунок того, що стояки виконані зігненими, а радіус кривизни верхняка виконаний значно менше, ніж радіуси кривизни стояків Однак і це кріплення також не володіє необхідною несучою здатністю і СТІЙКІСТЮ ВІДНОСНО криво направлених навантажень Викликане це тим, що радіуси кривизни стояків і верхняка вибрані не оптимальними Тому це кріплення, хоч і має поліпшені показники несучої здатності і СТІЙКОСТІ, але в складних гірничо-геологічних умовах не може протистояти високим криво направленим навантаженням /комбінації вертикальних і горизонтальних навантажень/, діючим з боку навколишнього гірничого масиву Крім того, в зв'язку з тим, що радіуси кривизни верхніх частин стояків і верхняка у вузлах податливості не однакові, то не відбувається повне прилягання в них сполучених поверхонь ланок /верхняка і стояків/ кріплення У результаті, у вузлах податливості кріплення не досягаються необхідні значення сил тертя сполучених ланок У зв'язку з цим у вузлах податливості кріплення не забезпечуються високий робочий опір, конструктивна податливість і їх стабільність під дією високих навантажень з боку навколишнього гірничого масиву, що знижує експлуатаційні характеристики кріплення В основу винаходу поставлена задача в металевому арочному податливому кріпленні шляхом вибору оптимальних значень радіусів кривизни дуг обведення стояків і кінцевих частин верхняка а та 52340 кож дуги обведення середньої частини верхняка забезпечити підвищення несучої здатності кріплення від вертикальних і криво направлених навантажень, зокрема, - зосереджених, збільшення робочого опору, конструктивної податливості і їх стабільності під дією високих навантажень з боку навколишнього гірничого масиву, що підвищує експлуатаційні характеристики кріплення Поставлена задача вирішується тим, що в металевому арочному податливому кріпленні, що включає сполучені між собою рами, кожна з яких складається з криволінійних верхняка і стояків, виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапустку кінцевими частинами верхняка і стояків і скріпленими між собою замками, згідно з винаходом, стояки і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка кожної рами окреслені дугами (І_і, І_2) однакової кривизни, у яких радіуси (R-i) кривизни рівні ширині (А) рами у підошви, а їх центри (О-і) розташовані в площині підошви рами, причому середня частина верхняка окреслена дугою (І_з), радіус (R2) кривизни якої вибраний менше, ніж радіуси (R-i) кривизни дуг (І_г) його кінцевих частин і рівний R2 = A 0,5-A-tga, де А - ширина рами у підошви, м, a - кут між площиною підошви рами і прямою, що проходить через центр (О-і) радіуса (R-i) кривизни дуги (І_і) стояка /або зв'язаної з ним дуги (І_2) кінцевої частини верхняка/ і точкою сполучення дуг (І_2, І_з) різних радіусів (Ri, R2) кривизни верхняка, a = 20-50°, а його центр (О2) розташований в площині симетрії рами Приведені ознаки, що характеризують винахід, є істотними, оскільки в сукупності достатні для забезпечення працездатності і досягнення технічної задачі, що вирішується, а кожний окремо необхідний для ідентифікації і ВІДМІННОСТІ металевого арочного податливого кріплення, що заявляється, від відомих в техніці аналогічних технічних рішень Причинно-наслідковии зв'язок ВІДМІТНИХ /НОВИХ/ ознак при їх взаємодії з відомими /загальними/ ознаками в забезпеченні нових технічних властивостей об'єкту винаходу, зумовлених поставленою технічною задачею, полягає в наступному Виконання стояків і зв'язаних з ними кінцевих частин верхняка кожної рами окресленими дугами однакової кривизни, у яких радіуси (Ri) кривизни рівні ширині (А) рами у підошви, а їх центри (О-і) розташовані в площині підошви рами, обґрунтовано експериментальним шляхом Експериментально встановлене, що таке виконання забезпечує необхідну оптимальну/найкращу/ несучу здатність стояків і кінцевих частин верхняка, рами і кріплення загалом від криво направлених навантажень, тобто від комбінації характерних вертикальних і, зокрема, - зосереджених навантажень, діючих з боку покрівлі, і характерних горизонтальних навантажень, діючих з боку боків кріплення При цьому забезпечується стабільність робочого опору кріплення у вузлах податливості за рахунок рівності радіусів кривизни сполучених кінцевих частин верхняка і стояків Крім того, виконання середньої частини верхняка окресленою дугою, радіус кривизни (R2) якої вибраний менше, ніж радіуси кривизни дуг його кінце вих частин і визначений по приведеній математичній залежності, а також розташування його центра (С2) в площині симетрії рами, забезпечують підвищену кривизну і, тим самим, підвищену несучу здатність верхняка, рами і кріплення загалом Загалом у вдосконаленому металевому арочному податливому кріпленні забезпечується збільшення робочого опору рами і конструктивної податливості, досягається стабільність параметрів робочого опору на всій величині конструктивної податливості і підвищення загальної СТІЙКОСТІ конструкції кріплення, в тому числі і від криво направлених навантажень з боку гірничого масиву без збільшення його маси Винахід пояснюється кресленням, (див Фіг) на якому зображений загальний вигляд металевого арочного податливого кріплення Металеве арочне податливе кріплення включає сполучені між собою за допомогою міжрамних стяжок /на Фіг не показано/ рами 1, кожна з яких складається з криволінійних верхняка 2 і стояків 3, виконаних з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами 4 податливості, утвореними зв'язаними внапустку кінцевими частинами верхняка 2 і стояків 3 і скріпленими між собою замками 5 Стояки 3 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 кожної рами 1 окреслені дугами І_і, І_2 однакової кривизни, у яких радіуси Ri кривизни рівні ширині А рами 1 у підошви, а їх центри d розташовані в площині підошви рами 1, причому середня частина верхняка 2 окреслена дугою І_з, радіус R2 кривизни якої вибраний менше, ніж радіуси Ri кривизни дуг І_2 його кінцевих частин і рівний R2 = A 0,5-A-tga, де А - ширина рами 1 у підошви, м, a - кут між площиною підошви рами 1 і прямою, що проходить через центр Оі радіуса Ri кривизни дуги І_і стояка 3 /або зв'язаної з ним дуги І_2 кінцевої частини верхняка 2/ і точкою сполучення дуг L2, І_з різних радіусів R-і, R2 кривизни верхняка 2, a = 20-50°, а його центр (О2) розташований в площині симетрії рами 1 Металеве арочне податливе кріплення зводять таким чином Після огляду забою і прибирання породи по периметру гірничої виробки проводять розчищання місць для установки стояків 3 Стояки 3 встановлюють почергово в лунки, або на опорні плити /на Фіг не показано/ на відстані «А» один від одного, рівній 4100мм або 4300мм Потім СТОЯКИ 3 скріпляють з аналогічними стояками 3 раніше встановленої попередньої суміжної рами 1 за допомогою міжрамних стяжок / на Фіг не показано / Положення стояків 3 на опорній плиті фіксують в проектному положенні з допомогою упоров / не фіг не показано/ Потім проводять монтаж верхняка 2 Для цього кінцеві частини верхняка 2 з'єднують внапустку /порядку 400мм/ з кінцевими частинами стояків 3 і з'єднують замками 5, які затягують зусиллям, що забезпечує проектну величину тертя ковзання в утворених вузлах 4 податливості рами 1 кріплення при осіданні верхняка 2 під навантаженням, діючим з боку навколишнього гірничого маси 52340 ву Після ЦЬОГО верхняк 2 скріпляють з аналогічним верхняком 3 раніше встановленої попередньої суміжної рами 1 за допомогою міжрамних стяжок/ на фіг не показано/ Металеве арочне податливе кріплення працює таким чином У процесі утворення навколо контуру виробки зони непружних деформацій відбувається всебічне обтиснення кріплення порушеними породами Тиск порід з боків сприймається стояками 3 Тиск порід з боку покрівлі сприймається верхняком 2 За рахунок того, що стояки 3 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 кожної рами 1 окреслені дугами І_і, І_2 однакових кривизни, у яких радіуси Ri кривизни рівні ширині А рами 1 у підошви, а їх центри Оі розташовані в площині підошви рами 1, а середня частина верхняка 2 окреслена дугою І_з, радіус F 2 кривизни якої вибраний менше, ніж радіу? си Ri кривизни дуг І_2 його кінцевих частин і визначений по математичній залежності, сформований оптимальний профіль контуру рами кріплення, маючий форму овальної частини овоіда, забезпечує підвищену несучу здатність кріплення від вертикальних і криво направлених навантажень При цьому досягається необхідна геомеханічна рівновага системи «кріплення-масив», яке забезпечується силами опору вузлів 4 податливості, тобто підвищеним робочим опором, що реалізовується на основі підвищення несучої здатності вдосконаленої конструкції кріплення 8 у вузлах 4 податливості рами 1 кріплення відбувається прослизання кінцевих частин верхняка 2 відносно кінцевих частин стояків 3 у вузлах 4 податливості доти, поки не встановиться геомеханічна рівновага системи «кріплення-масив» в новому стані У процесі роботи кріплення цей процес постійно повторюється За рахунок того, що стояки 2 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 кожної рами 1 окреслені дугами І_і, І_2 однакової кривизни забезпечується можливість значного збільшення величини і стабільності податливості кріплення Загалом у вдосконаленому металевому арочному податливому кріпленні забезпечується збільшення робочого опору рами до 400 - 550кН і конструктивної податливості до 1000мм і більше /тобто в 2 - 3 рази в порівнянні з прототипом і іншими відомими аналогічними кріпленнями/ а також досягається стабільність параметрів робочого опору на всій величині конструктивної податливості і підвищення загальної СТІЙКОСТІ конструкції кріплення, в тому числі і від криво направлених навантажень без збільшення його маси Металеве арочне податливе кріплення, що пропонується, може бути виготовлене в умовах промислового виробництва з використанням стандартного обладнання, сучасних спецпрофілів і технологи на будь-якому підприємстві гірничого машинобудування і може знайти широке застосування на вугільних шахтах, наприклад, Західного Донбасу для підвищення безпеки ведення гірничих робіт При перевищенні тиску порід над силами тертя ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71