Металеве арочне податливе кріплення

Металеве арочне податливе кріплення, виконане у вигляді арочної рами (1), що складається з криволінійних верхняка (2) і стійок (3), виготовлених з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами (4) податливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка (2) і стійок (3) і скріпленими між собою замками (5), яке відрізняється тим, що стійки (3) і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка (2) рами (1) обкреслені дугами (L1, L2) однакової кривизни, у 3 хи менше радіусу кривизни верхніх частин стійок, а похилі нижні частини стійок розташовані під кутом 7-11° до вертикальної осі. Проте і це кріплення не володіє достатньою несучою здатністю і стійкістю відносно дії косо направлених навантажень. Викликано це тим, що нижні частини стійок виконані, хоча і похилими, але прямолінійними, а радіус кривизни дуги, якою обкреслений верхняк, ще дуже великий, у зв'язку з чим він не може сприймати високі і, зокрема, - зосереджені навантаження гірських порід з боку крівлі. Крім того, у зв'язку з тим, що радіуси кривизни верхніх частин стійок 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, виконане у вигляді арочної рами, що складається з криволінійних верхняка і стійок, виготовлених з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка і стійок і скріпленими між собою замками [«Металлическая арочная податливая крепь» RU2029871 (С1) (Макаров В.П., Белоглазов Ю.А.), МПК: E21D 11/14, 27.02.1995, аналог] [3]. Стійки і верхняк обкреслені дугами різної кривизни. Радіус кривизни верхняка вибраний менше радіусів кривизни стійок. Стійки обкреслені радіусом кривизни, який вибраний менше ширини рами у підошви, а його центр розташований вище за площину підошви рами. Центр радіусу кривизни верхняка розташований по осі рами. У вузлах податливості кінцеві частини стійок і верхняка виконані прямолінійними і однакової довжини, але меншої, ніж довжина напустки ланок у вузлах податливості. Це кріплення [3] має вищі показники несучої здатності, і стійкості, чим попередня [2] за рахунок того, що стійки виконані зігнутими, а радіус кривизни верхняка виконаний значно менше радіусів кривизни стійок. Проте і це кріплення не володіє необхідною несучою здатністю і стійкістю відносно дії косо направлених навантажень. Викликано це тим, що радіуси кривизни стійок і верхняка мають не оптимальні значення. Тому це кріплення, хоча і має покращені показники несучої здатності і стійкості, але в складних горно-геологічних умовах не може протистояти високим вертикальним і косо направленим навантаженням, що діють з боку навколишнього гірського масиву. Крім того, у зв'язку з тим, що у вузлах податливості кінцеві частини стійок і верхняка виконані прямолінійними, в конструкції кріплення не забезпечуються достатні значення робочого опору, величини конструктивної податливості і їх стабільність під дією високих навантажень. 61034 4 Пояснюється це тим, що при роботі кріплення в податливому режимі відбувається значне осідання верхняка. При цьому торці стійок при переміщенні верхняка вниз упираються в криволінійний верхняк з внутрішньої сторони, а торці верхняка також виходять за межі зовнішнього контура стійок і упираються в навколишній гірський масив, що приводить до втрати податливості кріплення. В результаті кріплення стає жорстким і швидко руйнується під дією високих навантажень. Найбільш близьким до корисної моделі по числу загальних ознак і результату, що досягається, є відоме металеве арочне податливе кріплення, виконане у вигляді арочної рами, що складається з криволінійних верхняка і стійок, виготовлених з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка і стійок і скріпленими між собою замками [«Металлическая податливая крепь» SU1627711 (А1) (Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом), МПК: E21D 11/14, 15.02.1991, найбільш близький аналог] [4]. Стійки і верхняк обкреслені дугами різної кривизни. Радіус кривизни верхняка вибраний менше радіусу кривизни стійок. Верхняк має постійну і однакову кривизну, як кінцевих його частин, так і його середньої частини. Стійки обкреслені дугами, радіус кривизни, яких вибраний менше ширини рами у підошви, а їх центри розташовані вище за площину підошви рами. Центр радіусу кривизни верхняка розташований по осі рами, а його місце розташування чітко не визначене, оскільки не взаємозв'язано з іншими геометричними параметрами ланок кріплення. У вузлах податливості радіуси кривизни верхніх частин стійок і верхняка не однакові. Це кріплення [4], також як і попереднє [3], має вищі показники несучої здатності і стійкості щодо вертикальних або горизонтальних навантажень за рахунок того, що стійки виконані зігнутими, а радіус кривизни верхняка виконаний значно менше, ніж радіуси кривизни стійок. Проте і це кріплення також не володіє необхідною несучою здатністю і стійкістю відносно дії косо направлених навантажень. Викликано це тим, що радіуси кривизни стійок і верхняка вибрані не оптимальними. Тому це кріплення, хоча і має покращені показники несучої здатності і стійкості, але в складних горно-геологічних умовах не може протистояти високим косо направленим навантаженням /комбінації вертикальних і горизонтальних навантажень/, що діють з боку навколишнього гірського масиву. Крім того, у зв'язку з тим, що радіуси кривизни верхніх частин стійок і верхняка у вузлах податливості не однакові, то не відбувається повне прилягання в них поверхонь ланок (верхняка і стійок) кріплення, що сполучаються. 5 В результаті, у вузлах податливості кріплення не досягаються необхідні значення сил тертя ланок, що сполучаються. 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 гірського масиву, що знижує експлуатаційні характеристики кріплення. У основу корисної моделі поставлена задача в металевому арочному податливому кріпленні шляхом вибору оптимальних значень радіусів кривизни дуг обводу стійок і кінцевих частин верхняка, а також дуги обводу середньої частини верхняка забезпечити оптимальну форму рами кріплення. Технічний результат, який досягається при рішенні поставленої задачі і використанні корисної моделі полягає в підвищенні несучої здатності кріплення від дії вертикальних і косонаправлених навантажень, зокрема, зосереджених, збільшення робочого опору, конструктивній податливості і їх стабільності під дією високих навантажень з боку навколишнього гірського масиву, що підвищує експлуатаційні характеристики кріплення. Поставлена задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в металевому арочному податливому кріпленні, виконаному у вигляді арочної рами, що складається з криволінійних верхняка і стійок, виготовлених з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами податливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка і стійок і скріпленими між собою замками, згідно корисної моделі, стійки і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка рами обкреслені дугами (L1, L2) однакової кривизни, у яких радіуси (R1) кривизни рівні 0,8-1,2 ширини (А) рами у підошві, а їх центри (О1) розташовані в площині підошви рами, при цьому середня частина верхняка обкреслена дугою (L3), радіус (R2) кривизни якої вибраний меншим, ніж радіуси (R1) кривизни дуг (L2) його кінцевих частин і рівний: R2=А-0,5·А·tg де: А - ширина рами (1) у підошви, м;  - кут між площиною підошви рами і прямою, що проходить через центр (О1) радіусу (R1) кривизни, стійки /або, зв'язаної з ним кінцевої частини верхняка/ і точкою сполучення дуг різних радіусів (R1, R2) кривизни верхняка; =35-55°, а його (R2) центр (О2) розташований в площині симетрії рами. Виконання стійок і зв'язаних з ними кінцевих частин верхняка рами обкресленими дугами однакової кривизни, у яких радіуси (R1) кривизни рівні 0,8-1,2 ширини (А) рами у підошви, а їх центри (О1) розташовані в площині підошви рами, обгрунтовано експериментальним шляхом. Експериментально встановлено, що таке виконання забезпечує необхідну оптимальну несучу здатність стійок і кінцевих частин верхняка, рами і кріплення в цілому від дії косо направлених навантажень, тобто від комбінації характерних вертикальних і, зокрема, - зосереджених навантажень, що діють з боку крівлі, і характерних горизонтальних навантажень, що діють з боку боків кріплення. 61034 6 При цьому забезпечується стабільність робочого опору кріплення у вузлах податливості за рахунок рівності радіусів кривизни кінцевих частин верхняка і стійок, що сполучаються. Крім того, виконання середньої частини верхняка обкресленою дугою, радіус кривизни (R2) якої вибраний менше, ніж радіуси кривизни дуг його кінцевих частин і визначений по приведеній математичній залежності, а також розташування його (R2) центру (О2) в площині симетрії рами, забезпечують підвищену кривизну і, тим самим, підвищену несучу здатність верхняка, рами і кріплення в цілому. В цілому 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, у тому числі і від дії косо направлених навантажень з боку гірського масиву без збільшення її маси. Надалі корисна модель пояснюється прикладом її здійснення з посиланнями на креслення, що додаються. На фіг. 1 зображене металеве арочне податливе кріплення, модифікація 1, загальний вид. На фіг. 2 зображене металеве арочне податливе кріплення, модифікація 2, загальний вид. На фіг. 3 зображене металеве арочне податливе кріплення, модифікація 3, загальний вид. Металеве арочне податливе кріплення (модифікації 1-3) (фіг. 1-3) виконане у вигляді арочної рами 1, що складається з криволінійних верхняка 2 і стійок 3, виготовлених з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами 4 податливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка 2 і стійок 3 і скріпленими між собою замками 5. Стійки 3 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 рами 1 обкреслені дугами L1, L2 однакової кривизни, у яких радіуси R1 кривизни рівні 0,8-1,2 ширини А рами 1 у підошві, а їх центри О1 розташовані в площині підошви рами 1, при цьому середня частина верхняка 2 обкреслена дугою L3, радіус R2 кривизни якої вибраний меншим, ніж радіуси R1 кривизни дуг L2 його R2 кінцевих частин і рівний: R2=A-0,5·A·tg Де: А - ширина рами 1 у підошви, м;  - кут між площиною підошви рами 1 і прямою, що проходить через центр О1 радіусу R1 кривизни стійки 3 /або, зв'язаної з ним кінцевої частини верхняка 2/ і точкою сполучення дуг різних радіусів R1, R2 кривизни верхняка 2; =35-55°, а його R2 центр О2 розташований в площині симетрії рами 1. Металеве арочне податливе кріплення (модифікація 1) (фіг. 1) характеризується тим, що стійки 3 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 рами 1 обкреслені дугами L1, L2 однакової кривизни, у яких радіуси R1 кривизни вибрані із співвідношення 0,8АR11,0 А, де - А ширина рами 1 у підошві. 7 Металеве арочне податливе кріплення (модифікація 2) (фіг. 2) характеризується тим, що стійки 3 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 рами 1 обкреслені дугами L1, L2 однакової кривизни, у яких радіуси R1 кривизни вибрані із співвідношення R1= 1,0 А, де А - ширина рами 1 у підошві. Металеве арочне податливе кріплення (модифікація 3) (фіг. 3) характеризується тим, що стійки 3 і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка 2 рами 1 обкреслені дугами L1, L2 однакової кривизни, у яких радіуси R1 кривизни вибрані із співвідношення 1,0А