Адаптивне розпірно-піддатливе кріплення

1. Адаптивне розпірно-піддатливе кріплення, яке складається з окремих арок із жолобчатого спецпрофілю, до складу яких входять несучі елементи, що з'єднані внапуск вузлами з вкладишами, які розташовані у зазорі між днищами профілів, що сполучаються, яке відрізняється тим, що арки кріплення оснащують адаптивними вузлами з розпірно-піддатливими функціями і регульованим режимом роботи, для чого з'єднані внапуск несучі елементи арки обладнані вище і нижче розпірнопіддатливого вузла кронштейнами відповідно для шарнірного закріплення штока й корпуса силового 3 фіксатора [А. С. СРСР № 1504347, МПК E21D 11/14, опубл. 30.08.1989. Бюл. № 32]. Додаткова накладка цього кріплення встановлена у вузлі піддатливості на кінцевих частинах стояка та верхняка і зафіксована з ними з'єднувальними елементами у вигляді скоб, планок та гайок, що забезпечує узгоджене пересування верхняка і стояка до упирання його верхнього торця в скобу фіксатора, яка жорстко закріпляється на верхняку на відстані від його кінця, що дорівнює довжині накладки. Це дає змогу підвищити надійність роботи вузла піддатливості під час переміщення елементів кріплення. Але таке кріплення не підвищує несучу здатність вузла піддатливості, не сприймає асиметричне навантаження і має нерегульований під час експлуатації виробки режим роботи, бо його параметри встановлюються традиційно на етапі проектування виробки за рахунок зміни відстані між арками, номера спецпрофілю, величини піддатливості, числа і опору з'єднувальних вузлів тертя. Відоме також кріплення зі спецпрофілю, яке включає несучі елементи, що з'єднані внапуск, з'єднувальні вузли і вкладиші, які виконані Zподібної форми з упорами, що обхоплюють торці днищ профілів, що сполучаються [А. С. СРСР№ 1139855, МПК Е21D 11/14, опубл. 15.02.1985. Бюл. № 6]. На початку взаємодії арки з породами вкладиші з'єднувальних вузлів такого кріплення забезпечують жорсткий режим роботи, при збільшенні навантаження упори вкладишів руйнуються, після чого кріплення починає працювати у піддатливому режимі. Недоліками цього кріплення є неконтрольований жорсткий режим роботи у початковій стадії, що може привести до розриву профілю ще до зрізу упорів, а також до перекосів елементів кріплення і заклинювання вузлів піддатливості при зрізі лише деяких упорів. Відоме також штрекове кріплення, яке включає до свого складу окремі сегменти жолобчатого профілю, що з'єднані вузлами піддатливості, та силові циліндри, які складаються із корпуса і поршня та заповнені парафіном, при цьому поршень і корпус силових циліндрів закріплені шарнірно на сполучуваних сегментах кріплення [А. С. СРСР №863870, МПК E21D 11/14, опубл. 15.09.1981. Бюл. № 34]. Недоліком цього кріплення є неможливість встановлення арки із попереднім розпором між підошвою і покрівлею виробки та нездатність до регулювання опору вузлів піддатливості під час експлуатації виробки, тому це не дозволяє більш ефективно використовувати несучу спроможність гірських порід та пристосовувати кріплення до змінного й асиметричного навантаження. Крім того, силові циліндри такого кріплення захаращують поперечний перетин виробки і підвищують аеродинамічний опір шахтному повітрю. Відоме також складене аркове кріплення, яке включає арку із спецпрофілю з затяжками, що утворюють трапове з'єднання, пересувні гідродомкрати для переміщення тимчасового кріплення відносно постійного та вертикальний і горизонтальний розпірні гідродомкрати для притиснення 63550 4 пересувної конструкції-до контуру виробки, що споруджується [Пат. Російської федерації 2242613, МПК Е 21 D 11/14, опубл. 20.12.2004]. Це кріплення пристосоване для проведення виробки в обрушених або сипучих породах і його не можливо використовувати для управління станом виробки під час її експлуатації в умовах інтенсивного і нерівномірного зміщення гірських порід. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю та результатом, що досягається, є адаптивне кріплення гірничих виробок із спецпрофілю, яке складається з окремих сталевих арок (кілець) із спецпрофілю, до складу яких входять несучі елементи, що з'єднані вузлами піддатливості з вкладишами, які розташовані у зазорі між днищами профілів, що сполучаються, та встановлюються під час монтажу арки при спорудженні виробки [Патент України на корисну модель № 53913, МПК Е21D 11/14, опубл. 25.10.2010. Бюл. № 20]. Таке кріплення призначене для забезпечення узгодженого переміщення сполучуваних елементів арки, підвищення опірності вузлів піддатливості і несучої здатності кріплення, адаптації кріплення до асиметричного навантаження та створення у несучих елементах внутрішніх зусиль, які полегшують умови роботи арки проти сил гірського тиску. Це досягається завдяки тому, що з'єднувальні вузли оснащені регулювальними вкладишами у формі пластин, які своїми торцями опираються на упори із відрізів спецпрофілю, що наварені на зовнішній і внутрішній поверхнях елементів, що сполучаються. Але із допомогою цього кріплення не можливо встановлювати арку з попереднім розпором. Крім того, недоліком такого кріплення є незначний опір вузла піддатливості після деформації вкладишів, неможливість регулювання параметрів вузла піддатливості під час експлуатації виробки, а також неконтрольоване деформування вкладиша усередині жолоба профілю та підвищені витрати металу на занадто довгі вкладиші. Технічною задачею корисної моделі є створення такого кріплення гірничих виробок, яке за рахунок замінювання деформованих вкладишів у вузлах піддатливості було б спроможне забезпечити регулювання параметрів кріплення під час експлуатації виробки, а за рахунок застосування знімних домкратів дає можливість забезпечити замінювання вкладишів і монтаж елементів арки із попереднім розпором. Це дозволить управляти станом виробки під час її експлуатації, зменшити розмір зони непружних деформацій навколо виробки, підвищити надійність виробок і одночасно зменшити витрати на їх кріплення і підтримку. Поставлена задача вирішується тим, що адаптивне розпірно-піддатливе кріплення, яке складається з окремих арок із жолобчатого спецпрофілю, до складу яких входять несучі елементи, що з'єднані внапуск вузлами з вкладишами, які розташовані у зазорі між днищами профілів, що сполучаються, згідно з корисною моделлю, оснащують адаптивними вузлами з розпірно-піддатливими функціями і регульованим режимом роботи, для чого з'єднані внапуск несучі елементи арки обладнані вище і нижче розпірно-піддатливого вузла 5 кронштейнами відповідно для шарнірного закріплення штока й корпуса силового гідроциліндра, який знімається після розпирання арки і замінювання деформованих вкладишів, котрі утворюють складку під час переміщення несучих елементів у вузлах у режимі піддатливості лише ззовні спецпрофілю, для цього вкладиші однім торцем опираються на упор у формі планки, яку жорстко закріплюють у зазорі між профілем несучого елемента та профілем кронштейна для штока гідроциліндра, а другим торцем - на упор у вигляді планки, яку жорстко закріплюють у зазорі між днищами профілів в межах напуску вузлів на внутрішній поверхні днища іншого елемента. Крім того, згідно з корисною моделлю, кронштейни закріплюють на відстані, що визначається із урахуванням ходу поршня гідроциліндра та довжини вкладишів, які у прогоні між упорами виготовляють у форми тавра з підвищеним опором. Адаптивне розпірно-піддатливе кріплення гірничих виробок пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 наведений загальний вид аркового кріплення з встановленим домкратом після замінювання вкладишів і розпору арки, на фіг. 2 те ж перед замінюванням деформованих вкладишів, на фіг. 3 - вузол піддатливості у початковому положенні, на фіг. 4 - вузол піддатливості після переміщення елементів, що сполучаються, у режимі піддатливості і деформації вкладишу. Арка кріплення виготовлена із шахтного жолобчатого профілю і складається у верхняка 1 і двох бічних стійок 2, а також адаптивних вузлів 3, що включають до свого складу з'єднані внапуск кінцівки верхняка 1 і стійки 2, які стягнуті між собою скобами 4, притискними фігурними планками 5 і гайками 6. Окремі арки між собою з'єднані для надання подовжньої стійкості міжрамними стяжками 7, які виготовлені з прокатних кутків і прикріплені до елементів арки за допомогою скоб 8, планок 9 і гайок 10. Адаптивні вузли 3 для регулювання режиму роботи кріплення оснащують кронштейнами 11 та 12 відповідно для закріплення штока і корпуса силового гідроциліндра 13, а також обладнують регулювальними вкладишами 14, які розташовані у зазорі між днищами з'єднаних профілів. При цьому вкладиші 14 своїми верхніми кінцями опираються на упори 15, що виконані у формі планки, яку жорстко закріплюють у зазорі між профілем верхняка 1 та профілем кронштейна 11 для штока гідроциліндра 13, а нижніми кінцями опираються на упори 16, що також виконані у формі планки, яку жорстко закріплюють у зазорі між днищами профілів в межах напуску вузлів 3 на внутрішній поверхні днища стійки 2. В результаті такого закріплення вкладишів 14 значно скорочується їх довжина, а складка під час переміщення верхняка 1 і стійок 2 у режимі піддатливості формується ззовні спецпрофілю, що дозволяє спостерігати за процесом її формування і заміряти величину прогину вкладишів 14 у складці, яка використовується для контролю за навантаженням і несучою здатністю кріплення. Довжина вкладишів 14 визначається згідно з потрібною податливістю арки, а для підвищення опору кріплення у режимі піддатливості вкладиші 14 у прогоні між упорами 63550 6 15 та 16 виготовляють у формі тавра, забезпечуючи їм, тим самим, більший момент опору вигину. Шток і корпус силового циліндру 13 прикріплюють шарнірно до верхняка 1 і стойки 2 за допомогою швидкороз'ємних з'єднань, котрі виконують у вигляді вушок 17, що мають отвір та приварені до кронштейнів 11 й 12, які виготовляють із відрізків спецпрофілю і жорстко закріплюють відповідно на верхняку 1 і стійці 2. З'єднання циліндрів 13 з вушками 17 кронштейнів 11 й 12 відбувається за допомогою болта 18 або циліндричного пальця. Гідравлічні циліндри 13 приводяться в дію від мобільних маслостанцій, забезпечуючи штовхаючи або тягнуче зусилля у розмірі 30-50 кН, чого достатньо для пересування несучих елементів у напуску при попередньому розпорі арки кріплення і замінюванні деформованих вкладишів 14. Монтаж кріплення відбувається наступним чином. Збирання верхняка 1 і стійок 2 в арку виконується у звичайній послідовності. Далі в зазори між профілями вузла 3 і кронштейна 11 установлюють вкладиш 14, а силовий циліндр 13 закріплюють у вушках 17 за допомогою пальців. Шляхом управління силовим циліндром 13 арку розпирають між покрівлею і підошвою виробки, попередньо послабивши гайки 6, заповнивши пустоти за кріпленням і встановивши клини між несучими елементами і породним оголенням виробки. Після розпору арки гайки 6 затягують, а силові циліндри 13 демонтують. Під дією гірського тиску, яке передається через верхняк 1 у верхній точці закріплення вкладишу 14, а через стійку 2 у нижній точці закріплення вкладишу 14, в останньому ростуть напруження. Коли вони досягають критичного значення, вкладиші 14 втрачають стійкість і починають деформуватися, а кріплення працює у податливому режимі. Завдяки ексцентриситетам ев й ес при активному розпорі арки і роботі кріплення під дією зовнішнього навантаження у верхняку 1 і стійках 2 утворюються додаткові згинальні моменти, що протидіють зусиллям від гірського тиску. При кососпрямованому завантаженні арки вкладиші 14 з різних боків виробки передбачають із відмінними параметрами, регулюючи, тим самим, їх жорсткість і подовжню силу, що дозволяє пристосовувати кріплення до асиметричного навантаження. У початковий момент деформування вузла 3 несуча здатність кріплення є максимальною, тобто вона дорівнює сумарному опору вузлів 3 та зусиллю деформування вкладишів 14. По мірі роботи вузлів 3 у піддатливому режимі опір вкладишів 14 буде знижуватися внаслідок їх деформування, а, отже, несуча здатність арки нелінійно зменшуватиметься до мінімуму, який визначається лише опором вузлів 3 за рахунок дії затискних гайок 6 і тертя профілів. Після вичерпання конструктивної піддатливості вузлів 3 кріплення почне працювати у жорсткому режимі, а його несучі елементи будуть деформуватися в місті появи найбільших напружень. Для попередження роботи кріплення у жорсткому режимі під час експлуатації виробки деформовані вкладиші 14 періодично замінюють на нові, деформаційні параметри яких відповідають стану 7 кріплення на даний момент. Для цього силові гідроциліндри 13 монтують на кронштейнах 11 та 12, попускають гайки 6 і переміщують несучі елементи у напуску вузлів 3 в режимі розпору арки. Після цього деформовані вкладиші 14 виймають, а на їх місце установлюють нові. Урешті-решт гайки 6 вузлів 3 затягують, а гідроциліндри 13 знімають. Таким чином, запропоноване аркове кріплення здатне працювати як у піддатливому, так і розпірному режимах. Кріплення є адаптивним, бо примушує сили гірського тиску протидіяти самим собі, 63550 8 тобто бічна складова діє проти вертикального тиску, а вертикальна складова - проти бічного тиску. Більш того, таке адаптивне кріплення можна пристосовувати до проявів гірського тиску під час експлуатації виробки, воно значно підвищує опір зміщенням породного контуру виробки, згладжує нерівномірність розподілу зусиль у несучих елементах, перерозподіляє навантаження у раціональний спосіб. Завдяки застосуванню такого кріплення управління гірським тиском у виробці стає можливим під час експлуатації виробки. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 63550 Підписне 10 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