Кріплення регульованого опору

Реферат: UA 89274 U UA 89274 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої галузі і її можна використовувати для кріплення гірничих виробок, які необхідно підтримувати в експлуатаційному стані в складних гірничогеологічних умовах. Відомий засіб кріплення гірничих виробок [А.С. СССР, №1384772, кл. Е21Д 11/14, опубл. 30.03.88, бюл. №12]. Суть аналогу полягає в тому, що кріплення складається з первісного (основного) кріплення та наступного його підсилення додатковими елементами на окремих ділянках виробки. Первісне кріплення встановлюють по всій довжині виробки, забезпечуючи несучу здатність, яка відповідає очікуваним мінімальним зміщенням покрівлі; при цьому підсилення кріплення відповідає максимально можливим для даних умов зміщенням покрівлі на ділянках виробки, де зміщення сягають сигнальних значень. Недоліками аналогу є недостатня несуча здатність первісного кріплення на численних ділянках виробки, яке не в змозі мінімізувати розвиток зони руйнування порід, що призводить до формування підвищеного гірського тиску на кріплення. Сумарна матеріаломісткість кріплення, підсиленого із запізненням буде значно більшою, ніж при застосуванні первісного кріплення, яке б відповідало фактичним проявам гірського тиску. Крім того, не виключена можливість втрати стійкості виробки на особливо небезпечних її ділянках, що потребує ремонту кріплення й переривання функціональності виробки. Враховуючи зазначені недоліки, аналог не може застосовуватися для кріплення виробок з високим рівнем функціональної відповідальності в складних гірничо-геологічних умовах на великій глибині розробки. Відомий засіб зведення кріплення регульованого опору [А.С. СССР, №1469152, кл. Е21Д 11/00, опубл. 30.03.89, бюл. №12]. Суть аналогу полягає в тому, що основним кріпленням є рами з криволінійних трубчастих елементів з прямолінійними вставками іншого діаметру, на яких вбудовані вузли податливості, поміж рамами встановлюють затяжки. В разі необхідності збільшення несучої здатності кріплення виконують підсилення конструкції нагнітанням зміцнювального розчину в закріпний простір: послідовно знизу догори через отвори в наскрізних трубчастих елементах. До основних недоліків цього способу слід віднести складність своєчасного підсилення конструкції, жорсткий режим роботи трубобетонного кріплення, незадіяність оточуючих гірських порід у створення несучої конструкції спільно з кріпленням. Крім того, регулювати опір кріплення у відповідності до проявів гірського тиску вздовж виробки зазначеним способом вельми проблематично. Враховуючи зазначені недоліки, аналог не може бути застосованим для кріплення виробки в складних гірничо-геологічних умовах. Найбільш близьким за технічною сутністю є кріплення регульованого опору [А.В.Быков Крепь регулируемого сопротивления. - Шахтное строительство, 1982, -№12.- с. 11-12] Суть цього кріплення полягає в тому, що його основні елементи з несучою здатністю, що відповідає мінімальному рівню очікуваних навантажень, послідовно підсилюють додатковими конструкціями, регулюючи несучу здатність комбінованого кріплення; необхідність такого підсилення визначають за допомогою системи натурного контролю за поведінкою гірничого масиву й станом кріплення виробки в період її проведення. Суттєвим недоліком прототипу є те, що в роботу комбінованої конструкції не залучена несуча здатність оточуючих виробку гірських порід. Недостатній опір початкового кріплення стає причиною майже безопірного розвитку зони непружних деформацій та формування підвищених навантажень на кріплення. В результаті підсилена з часом конструкція має меншу несучу спроможність, ніж одразу встановлене у виробці кріплення більш високої несучої спроможності, тобто має місце нераціональне використання матеріаломісткості кріплення. Крім того, за час проведення виробки основні зміщення порід не завжди можуть бути реалізовані, що призведе до необхідності підсилень або ремонтів кріплення під час експлуатації виробки. Викликані цим простої виробки можуть призводити до значних матеріальних збитків. Враховуючи зазначені недоліки, прототип не може застосовуватися для кріплення виробок з високим рівнем функціональної відповідальності в складних гірничо-геологічних умовах на великій глибині розробки. Загальними ознаками прототипу й корисної моделі, що розробляється, є наявність основних і додаткових елементів з різною несучою спроможністю й часом включення в роботу кріплення та системи натурного контролю за поведінкою гірничого масиву й кріплення виробки в період її проведення. В основу корисної моделі поставлена задача створити таке кріплення регульованого опору, яке забезпечить надійне безремонтне підтримання гірничої виробки при мінімальній вартості кріплення, тобто при відповідності несучої здатності кріплення проявам гірського тиску по довжині виробки. 1 UA 89274 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Поставлена задача вирішується тим, що в кріпленні регульованого опору, що містить комбінацію основних і додаткових елементів з різною несучою здатністю й одночасним включенням в роботу кріплення, згідно з корисною моделлю, основним елементом кріплення є гірські породи навколо виробки, які зміцнені анкерами чи скріплювальним розчином, а додатковими - підпірні конструкції, що взаємодіють з породним контуром виробки, причому підпірні конструкції вміщують надлишкову несучу здатність кріплення з можливістю їхнього демонтажу на ділянках виробки з недовантаженим станом комбінованого кріплення. Крім того, основні і додаткові елементи одночасно введенні в роботу у вибою виробки, а демонтаж підпірних конструкцій відбувається після реалізації основних зміщень гірських порід у виробку в разі виявлення недовантаженого стану кріплення. На фіг. 1 показано загальний вигляд кріплення після його встановлення. На фіг. 2 показано загальний вигляд кріплення після реалізації основних зміщень і демонтажу його додаткових елементів на ділянках з недовантаженим станом кріплення. Кріплення виробки 1 містить полімерні анкери 2, які скріплюють породний масив 3, та сталеві підпірні рами 4, встановлені з можливістю подальшого демонтажу. Кріплення регульованого опору працює таким чином. На всій довжині виробки 1 в породний масив 3 встановлюють і закріплюють полімерні анкери 2 відомим способом. Рами 4 встановлюють на визначеній відстані одна від одної і вводять у взаємодію з породним контуром (фіг. 1). Після реалізації основних зміщень гірських порід (фіг. 2) обстежують за відомими методиками стан рамного кріплення. На ділянках, де рами працюють у нормативному режимі, тобто несуча спроможність встановленого комбінованого кріплення відповідає діючим навантаженням (ділянки А на фіг. 2), додаткові елементи кріплення (рами) залишають у виробці. На ділянках, де несуча спроможність встановленого комбінованого кріплення перевищує діючі навантаження і стан кріплення недовантажений, поетапно демонтують окремі рами, слідкуючи за станом кріплення. Якщо несуча здатність основного кріплення виявляється достатньою для надійного підтримання виробки, на ділянці демонтують усі рами (ділянка Б на фіг. 2). Завдяки тому, що основним елементом кріплення є гірські породи навколо виробки, які зміцнені анкерами чи скріплювальним розчином забезпечується зменшення зони руйнування порід навколо виробки, що призводить до зменшення проявів гірського тиску і витрат на матеріали кріплення. Оскільки підпірні конструкції вміщують надлишкову несучу здатність кріплення, створюється резерв надійності кріплення, який забезпечує безремонтне підтримання виробки в разі помилки прогнозування проявів гірського тиску по довжині виробки. Завдяки одночасному застосуванню основних елементів кріплення та додаткових підпірних конструкцій (рам кріплення), що взаємодіють з породним контуром виробки, збільшується опір кріплення на ранніх стадіях формування геомеханічних процесів, це призводить до зниження деформацій і руйнацій гірських порід. Оскільки підпірні елементи можуть бути демонтовані на ділянках виробки з недовантаженим станом комбінованого кріплення, забезпечується можливість приведення у відповідність несучої здатності кріплення проявам гірського тиску по довжині виробки без ризику втрати її стійкості, що мінімізує вартість кріплення і підтримання виробки. Розроблене кріплення регульованого опору може забезпечити надійний стан більшості підготовчих виробок великої функціональної відповідальності при одночасному зниженні вартості на підтримання виробки та підвищенні працездатності конструкції, що дає значний економічний ефект за рахунок виключення небезпечних і високовартісних робіт з ремонту й пере-кріплення виробок, під час яких виробка не функціонує. Це особливо актуально в складних гірничотехнічних умовах на великій глибині розробки. Таким чином, корисна модель вирішує поставлену технічну задачу і дозволяє досягти ефективного режиму роботи кріплення у відповідності до проявів гірського тиску, що забезпечує високу надійність гірничих виробок. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Кріплення регульованого опору, що містить комбінацію основних і додаткових елементів з різною несучою здатністю й одночасним включенням в роботу кріплення, яке відрізняється тим, що основним елементом кріплення є гірські породи навколо виробки, які зміцнені анкерами чи скріплювальним розчином, а додатковими - підпірні конструкції, що взаємодіють з породним контуром виробки, причому підпірні конструкції вміщують надлишкову несучу здатність 2 UA 89274 U 5 кріплення з можливістю їхнього демонтажу на ділянках виробки з недовантаженим станом комбінованого кріплення. 2. Кріплення регульованого опору за п. 1, яке відрізняється тим, що основні та додаткові елементи одночасно введені в роботу у вибою виробки з можливістю демонтажу підпірних конструкцій після реалізації основних зміщень гірських порід у виробку в разі виявлення недовантаженого стану кріплення. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 3