Комбіноване кріплення гірничих виробок

1. Комбіноване кріплення гірничих виробок, яке складається з несучих елементів, що виготовлені із спецпрофілю і з'єднані внапуск вузлами піддатливості у арку і розпірками між арками, а також анкерів, незакріплені кінці яких за допомогою притискних пристроїв з'єднані з несучими елементами у їх середині, яке відрізняється тим, що арка кріплення оснащена опорними нерухомими відносно анкерів сегментами, які прикріплюють безпосередньо до породного оголення виробки анкерами за допомогою притискних пристроїв, та рухомими сегментами, які при зміщенні порід усередину виробки, прослизають по опорним сегмен U 1 3 труктивної піддатливості, у відсутності безпосереднього зв'язку несучих елементів арки з породним масивом, значно зменшують несучу здатність кріплення і обмежують податливість арки, не дозволяючи в повній мірі використовувати потенційну несучу спроможність системи «масив - арка - анкери» та суттєво звужуючи умови застосування кріплення. Відоме також арочне анкерно-металеве кріплення гірничих виробок, яке має бокові стійки, що з'єднані з верхняком вузлами, через які в місці розміщення вузлів встановлюють попарно жорсткі анкери, що виконані зі стовщенням та притискним пристроєм у вигляді внутрішньої і зовнішньої планок з отворами під хвостовики анкерів (А.С. СССР №1296724, МПК Е21D 11/14, опубл. 15.03.87. Бюл. № 10). Недоліками цього кріплення є також несумісність податливої арки та жорстких замкових анкерів, жорсткий режим роботи кріплення після затягування гайок, наявність монтажного зазору між елементами арки і породним оголенням, що не дає змогу в повній мірі використовувати несучу спроможність породного масиву. Відоме також рамно-анкерне кріплення гірничих виробок, яке включає рами, що виготовлені з несучих елементів із шахтного профілю, які з'єднані між собою внапуск із допомогою планок з отворами, через які пропущені стержні піддатливих анкерів, а також міжрамні стяжки, кінцівки яких розміщені внапуск відносно до кінців планок і з'єднані з хвостовиками піддатливих анкерів (А.С. СССР № 1125378, МПК E21D 11/14, опубл.23.11.84. Бюл. №43). Недолік цього кріплення полягає в тому, що внаслідок піддатливості анкерів опір несучих елементів кріплення у вузлі під час його прослизання зменшується, тому арка не забезпечує потрібний опір зміщенням навколишніх порід і практично не сприяє зниженню деформацій породного контуру виробки. Найбільш близьким за технічною суттю є анкерно-рамне кріплення, яке складається з несучих елементів із спецпрофілю, що з'єднані внапуск у арку вузлами піддатливості, та анкерів, хвостовики яких за допомогою притискного пристрою безпосередньо з'єднані з кожним несучим елементом у його середині (А.С. СССР № 622982, МПК Е21D 11/14, опубл. 05.09.78. Бюл. №33). Але анкери такого кріплення намертво пришивають елементи арки до породного масиву, тому арка не має змоги працювати у піддатливому режимі, крім того таке кріплення не розраховане на значні й асиметричні зміщення гірських порід і тому має обмежені умови застосування. Технічною задачею корисної моделі є створення такого комбінованого кріплення гірничих виробок, яке внаслідок забезпечення сумісної роботи скріпленого анкерами породного масиву й арок кріплення, що досягається за рахунок безпосереднього зв'язку анкерів із нерухомими опорними елементами арки, узгодженого переміщення нерухомих і рухомих елементів при зміщенні скріплених анкерами порід у середину виробки та стиснення скріплених порід не лише шляхом загвин 63520 4 чування гайок, а і за рахунок активної дії елементів арки, дає змогу при складанні кріплення за рахунок силового стягування сегментів сформувати в опорних сегментах згинальні моменти в напрямку, протилежному зміщенням порід від дії гірського тиску, та за рахунок деформування елементів арки створити активний підпор скріпленим анкерами породам, а також значно підвищити несучу здатність кріплення, зменшити розмір зони непружних деформацій, підвищити надійність виробок і одночасно зменшити витрати кріпильних матеріалів та затрати праці на ремонтних роботах. Поставлена задача вирішується тим, що комбіноване кріплення гірничих виробок, яке складається з несучих елементів, що виготовлені зі спецпрофілю і з'єднанні внапуск в арку й розпірками між арками, а також анкерів, незакріплені кінці яких за допомогою притискних пристроїв з'єднані з несучими елементами у їх середині, згідно з корисною моделлю, арка кріплення оснащена опорними нерухомими сегментами, які прикріплюють безпосередньо до породного оголення виробки анкерами за допомогою притискних пристроїв, та рухомими сегментами, які при зміщенні порід усередину виробки прослизають по опорним сегментам, з якими вони з'єднані внапуск вузлами піддатливості, причому під час монтажу опорні нерухомі сегменти мають меншу кривизну, яка відповідає кривизні поперечного перетину виробки до осідання арки кріплення, а внутрішні сегменти, рухомі відносно місця розташування притискних пристроїв анкерів, мають більшу кривизну, яка відповідає кривизні поперечного перетину виробки після осідання арки кріплення. Крім того, анкери встановлюють попарно з боків спецпрофілю через фігурні скоби притискних пристроїв, які розміщують у середині опорних сегментів арки, а міжрамні розпірки закріплюють гайками на вільних кінцях анкерів, піддатливість та опір яких узгоджують із піддатливістю й опором з'єднувальних вузлів арки. На торцях рухомих сегментів закріплюють скоби, які охоплюють полиці обох спецпрофілів і спрямовують їх під час прослизання по опорним сегментам. Корисна модель пояснюється за допомогою креслень, де на поперечному перетині (фіг. 1) і повздовжньому розрізі (фіг. 2) виробки наведений загальний вид комбінованого кріплення з п'ятьма анкерами після його монтажу; на фіг. 3 - вузол з'єднання сегментів арки; на фіг. 4 - вузол з'єднання опорного сегмента, анкера і міжрамної розпірки. Комбіноване кріплення гірничих виробок складається зі збірних металевих арок 1 із спецпрофілю, які встановлюють у виробці на відстані 0,51,25 м одна від іншої, з'єднують між собою міжрамними розпірками 2 й перекривають міжрамний простір металевими решітчастими затяжками 3, а також анкерів 4, які встановлюють попарно в породний масив із боків спецпрофілю через фігурні планки 5 притискних пристроїв 6. При використанні п'яти анкерів 4 арка 1 включає до свого складу п'ять опорних криволінійних нерухомих сегментів 7, які прикріплюють анкерами без монтажного зазору до породного оголення 8 виробки притискними пристроями 6, котрі розта 5 шовують у середині опорних сегментів 7; чотири рухомі криволінійні сегменти 9 і два прямолінійні стояки 10, які з'єднані внапуск із опорними сегментами 7 десятьма вузлами піддатливості 11, що рівномірно розміщені по всьому закріпленому контуру виробки. Опорні сегменти 7 виконують із радіусом, що відповідає кривизні поперечного перетину виробки до осідання арок 1 кріплення, а рухомі сегменти 9 - із радіусом, що відповідає кривизні поперечного перетину виробки після осідання арок 1 кріплення. Уздовж виробки для забезпечення просторової роботи і надання повздовжньої стійкості кріпленню кожна арка 1 з'єднується із сусідньою за допомогою п'яти міжрамних розпірок 2, кінцівки яких мають отвори, що сполучаються з отворами фігурних планок 5 притискних пристроїв 6 і надіваються на вільні кінці анкерів 4. Анкери 4 встановлюють уподовж виробки рядами в місцях розташування пристроїв 6, їх розміщують в шпурах 12 і закріплюють в породах із забезпеченням необхідної піддатливості. Кінцівки анкерів 4 обладнані різзю для нагвинчування гайок 13 притискних пристроїв 6, із допомогою яких з'єднуються між собою анкери 4, опорні сегменти 7 та міжрамні розпірки 2, забезпечується попереднє натягнення анкерів 4 і стискуються скріплені породи. За рахунок використання пристроїв 6 опорні сегменти 7 впритул притискуються до породного оголення 8, що забезпечує спільну роботу скріплених порід і опорних сегментів 7, які залишаються нерухомими відносно анкерів 4, контрольовано переміщуються у радіальному напрямку до середині виробки разом з породами і слугують напрямними елементами для тангенціального переміщення рухомих сегментів 9 у вузлах піддатливості 11 під час скорочення периметру арки 1 внаслідок поступового зменшення площі поперечного перерізу виробки. При цьому для угодженого переміщення на торцям рухомих сегментів 9 закріплюють скоби 14, які охоплюють полиці спецпрофілів і спрямовують їх при прослизанні по опорним сегментам 7. Вузли піддатливості 11, які включають до свого складу укорочені П-подібні скоби 15, фігурні планки 16 і затискні гайки 17, розміщують рівномірно по всій арці 1. Це дозволяє компенсувати змі 63520 6 щення порід у любому напрямку і забезпечити ефективну роботу арки 1 навіть при асиметричному навантаженні. Встановлюють арки 1 кріплення з попереднім напруженням, що досягається завдяки наявності різної кривизни у опорних 7 і рухомих 9 сегментах. Стягуючи із зусиллям профілі опорних 7 і рухомих 9 сегментів, під час збирання арки 1 утворюють в опорних сегментах 7 моменти, які вигинають їх у напрямку породного оголення 8 і додатково стискують скріпленні анкерами 4 породи. Створений згинальний момент фіксується за рахунок додаткового затягування гайок 13 притискних пристроїв 6. Тим самим в елементах арки 1 створюються напруження, які мають протилежний напрям порівняно з напруженнями від дії навантаження з боку гірських порід. Під дією цих зусиль опір силам гірського тиску підвищується, а активна складова навантаження кріплення зменшується. Кріплення працює таким чином. В результаті дії сил гірського тиску в анкерах 4 з'являються розтягуючи зусилля, при чому цей момент відтерміновується завдяки опору вигнутих опорних сегментів 7. Під дією розтяжних зусиль анкери 4 періодично зміщуються у середину виробки, тому тиск гірських порід перерозподіляється на сегменти 7 і 9 арок 1, внаслідок чого вони прослизають у вузлах піддатливості 11, а розмір напуску в вузлах 11 поступово зростає, що призводить, у свою чергу, до зростання несучої здатності кріплення в результаті збільшення опору всієї арки 1. Регулювання параметрів анкерів 4 і вузлів піддатливості 11 дає змогу керувати напружено-деформованим станом масиву гірських порід навколо виробки і внутрішніми зусиллями в елементах кріплення залежно від умов проведення виробки. Таким чином, запропоноване комбіноване кріплення гірничих виробок має підвищений опір зміщенням породного контуру виробки, що особливо важливе в слабких породах, які деформуються у режимі заданих деформацій. Таке кріплення забезпечує сумісну роботи скріпленого анкерами породного масиву й металевих арок. Використання цього кріплення дозволяє лише при переході на крок кріплення виробки 1,0 м замість 0,5м економити прокатний спецпрофіль у кількості 200-250 кг на 1 погонний метр виробки. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 63520 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601