Металеве арочне піддатливе кріплення

Реферат: Металеве арочне піддатливе кріплення містить з'єднані між собою рами, виконані з металевого шахтного спецпрофілю, кожна з яких криволінійної форми і складена з верхняка і стійок, які з'єднані вузлами піддатливості, утвореними зв'язаними внапусток їх кінцевими частинами і скріпленими між собою замками. Верхняк і стійка рами мають форму, окреслену перемінними радіусами кривизни R та Rh . UA 114358 U (12) UA 114358 U UA 114358 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до області гірничої справи, зокрема до багатоланкового металевого арочного піддатливого кріплення, і може бути використана для кріплення гірничих виробок в різних гірничо-геологічних умовах. 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 [Промислова власність, патент на корисну модель UA № 61034 U, МПК E21D 11/14, бюл. № 13, 2011]. Недолік - недостатня несуча здатність та величина конструктивної піддатливості. Найбільш близьким аналогом є триланкове металеве арочне податливе кріплення "КМПАЗРЗ", що містить зв'язані між собою рами, кожна з яких містить верхняк, виконаний з криволінійними середньою і кінцевими частинами, і дві стійки, виконані з криволінійними верхніми і середніми частинами, а також з прямолінійними нижніми частинами, у яких криволінійні верхні частини сполучені внапуск з криволінійними кінцевими частинами верхняка у вузлах податливості і скріплені замками [Промислова власність, патент на корисну модель UA № 54759 U, МПК E21D 11/14, бюл. № 22, 2010]. Недоліком найближчого аналога є складність виготовлення елементів кріплення із-за великої кількості кривих різних радіусів та недостатня несуча здатність і стійкість відносно дії косонаправлених навантажень. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення металевого арочного піддатливого кріплення, в якому шляхом введення нових конструктивних параметрів форми арочного кріплення забезпечується підвищення несучої здатності кріплення в різних гірничогеологічних умовах, особливо в умовах дії косонаправлених навантажень, та спрощення побудови контуру рами кріплення, і, за рахунок цього зниження собівартості видобутку корисних копалин, поліпшення техніки безпеки ведення гірничих робіт, зниження витрат на ремонтні роботи. Задача вирішується тим, що металеве арочне піддатливе кріплення, що містить з'єднані між собою рами, виконані з металевого шахтного спецпрофілю, кожна з яких криволінійної форми і складена з верхняка і стійок, які з'єднані вузлами піддатливості, утвореними зв'язаними внапусток їх кінцевими частинами і скріпленими між собою замками, згідно з корисною моделлю, верхняк і стійка рами мають форму, окреслену перемінними радіусами кривизни R  та Rh відповідно за формулами: для склепіння: M  R A (R0  R cos )  HA (h  R sin )  qв 35 для нижньої частини стійки: 45 50 2  qв (R0  R cos )2  0, 2 (R  Rh cos  )2 (Rh sin )2  qв 0  0, 2 2 де HA - опорна горизонтальна реакція у шарнірі; R A - опорна вертикальна реакція у шарнірі; qв - вертикальне навантаження;  - коефіцієнт бічного розпору; R0 - початковий радіус склепіння виробки; h - нижня частина стійки;  - кут між горизонталлю та радіусом для склепіння;  - кут між горизонталлю та радіусом для нижньої частини стійки. На фіг. 1 наведено загальний вигляд металевого арочного піддатливого кріплення, де 1 склепіння, 2 - нижня частина стійки, 3 - стійка, 4 - верхняк, 5 - замкове з'єднання (вузол піддатливості), 6 - міжрамні стягування; 7 - затяжка, 8 - розпірки, на фіг. 2 - розрахункову схему для визначення раціональної форми рами кріплення. Визначення радіусів кривизни R  та Rh реалізується наступним чином. Для склепіння (фіг. 2). Спочатку задають, відповідно до гірничо-геологічних та гірничотехнічних умов, значення вертикального навантаження qв , коефіцієнта бічного розпору  , початкового радіуса склепіння Mh  R A (R0  Rh cos  )  HARh sin   qв 40 (h  R sin )2 1 UA 114358 U виробки R0 та нижньої частина стійки h . Далі приймають умову, що M  0 , оскільки конструкція за таких умов має найбільшу стійкість. M  R A (R0  R cos  )  HA (h  R sin )  qв (h  R sin )2 2  qв (R0  R cos  )2 , 2  де HA - опорна горизонтальна реакція у шарнірі, HA  2 M1MPd ,  0  2 2 M1 d 0  5 де M1 - згинаючий момент від одиничної сили, M1  (h  R sin ) ; MP - згинаючий момент від зовнішнього навантаження; (R0  R sin )2 (h  R sin  )2  qв ; 2 2 R A - опорна вертикальна реакція у шарнірі, qвR0 ; qв - вертикальне навантаження;  коефіцієнт бічного розпору; R0 - початковий радіус склепіння виробки; h - нижня частина стійки;  - кут між горизонталлю та радіусом для склепіння. Підставивши всі значення та виконавши необхідні математичні розрахунки, отримаємо рівняння для визначенні радіуса кривизни для склепіння: MP  R A (R0  R cos  )  qв 10 4 aR  bR3  cR2  dR  e  0,   де a,b, c, d, e - коефіцієнти рівняння; 15 a  3 sin 2   3 cos2 , b  6h sin   24 h sin 2   24h cos 2   4  8, c  3R0   3h2  48h2 sin   6h2 sin2   6h2 cos 2   3h  18h , 2 d  24R0h  24h3   12h3  sin   36h2  12R0 , 20 25 2 2 e  6R0h2   6h 4   6R0h  6h3  . Потім задають кут між горизонталлю та радіусом для склепіння  від 0 до 90° (з кроком від 1 до 10°) і визначають перемінний радіус кривизни R  для склепіння. Для нижньої частини стійки (фіг. 2). Спочатку задають, відповідно до гірничо-геологічних та гірничотехнічних умов, значення вертикального навантаження qв , коефіцієнта бічного розпору  , початкового радіуса склепіння виробки R0 та нижньої частина стійки h . Далі приймають умову, що Mh  0 . Mh  R A (R0  Rh cos  )  HA  Rh sin   qв (R  Rh cos  )2 (Rh sin )2  qв 0 , 2 2  2 M1MP d 0 ,  2 2 M d 0 1 де HA - опорна горизонтальна реакція у шарнірі, HA     30 де M1 - згинаючий момент від одиничної сили, M1  Rh sin ; MP - згинаючий момент від зовнішнього навантаження; (R0  Rh cos )2 R2 sin 2   qв h ; 2 2 R A - опорна вертикальна реакція у шарнірі, qвR0 ; qв - вертикальне навантаження;  коефіцієнт бічного розпору; R0 - початковий радіус виробки;  - кут між горизонталлю та радіусом для нижньої частини стійки. Підставивши всі значення та виконавши необхідні математичні розрахунки, отримаємо рівняння для визначення радіуса кривизни для стійки: MP  R A (R0  Rh cos  )  qв 35 4 aR h  b  0, 2 UA 114358 U де a,b - коефіцієнти рівняння; a  4 sin   8 sin   3 sin2   3 cos2 , 5 2 2 b  3R 0   12 0 sin . Потім задають кут між горизонталлю та радіусом для нижньої частини стійки  від 0 до 40° (з кроком від 1 до 10°) і визначають перемінний радіус кривизни Rh для нижньої частини стійки. При цьому значення h знаходиться в межах від 0,8 до 1,27 м. Наприклад, при   0,5, R0=2,5 м, p=1 м, маємо Радіуси/град. R , м 15 20 25 30 35 10 2,43 20 2,44 30 2,45 40 2,49 50 2,58 60 2,69 70 2,8 80 2,89 90 2,93 Rh , M 10 0 2,42 2,42 2,51 2,61 2,71 2,82 Точка О (фіг. 2), з якої відкладають перемінні радіуси кривизни R та Rh , знаходиться на перетині вертикальної осі виробки та горизонтальної лінії, що розділяє склепіння та нижню частину стійки. На початку виконують проведення підземної гірничої виробки. Виймання гірської маси виконують таким чином, щоб форма склепіння (1) (фіг. 1) і нижньої частини стійки (2) відповідали параметрам виробки, що закладені в проекті на проведення та кріплення гірничої виробки. Далі у виробці встановлюють постійне кріплення. Металеве арочне піддатливе кріплення зводять наступним чином. Після огляду вибою та прибирання гірської маси проводять розчищення місць для встановлення стійок (3). Стійки (3) встановлюють в лунки або на опорні плити. Потім стійки (3) з'єднують з аналогічними стійками раніше встановленої суміжної рами за допомогою міжрамних стягувань (6). Далі встановлюють верхняк (4). Для цього кінцеві частини верхняка (4) сполучають внапусток з кінцевими частинами стійок (3) і сполучають замками (5), які затягують зусиллям, що забезпечує проектну величину тертя ковзання в утворених вузлах піддатливості рами кріплення. Після цього верхняк (4) з'єднують з раніше встановленим верхняком суміжної рами за допомогою міжрамних стягувань (6). Далі виконують затягування (7) боків та покрівлі виробки з встановленням розпірок (8) та забутовкою закріпного простору. При правильному встановленні постійного кріплення в виробці металеве арочне піддатливе кріплення сприймає значні навантаження як вертикальні, так і косонаправлені, і має значну величину конструктивної піддатливості, що дає можливість кріпленню працювати в піддатливому режимі до переходу його в жорсткий режим та руйнування тривалий час. Дане нове металеве арочне піддатливе кріплення при визначенні раціональних значень радіусів кривизни верхняка і стійок може забезпечити вирішення проблеми вибору раціональної форми рами кріплення в різних гірничо-геологічних умовах, особливо в умовах дії косонаправлених навантажень. Таким чином, використання даного металевого арочного піддатливого кріплення дозволяє підвищити несучу здатність кріплення, а отже, і стійкість гірничих виробок, підвищити точність та простоту побудови контуру рами кріплення, знизити собівартість видобутку корисних копалин, поліпшити техніку безпеки ведення гірничих робіт, знизити витрати на ремонтні роботи. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Металеве арочне піддатливе кріплення, що містить з'єднані між собою рами, виконані з металевого шахтного спецпрофілю, кожна з яких криволінійної форми і складена з верхняка і стійок, які з'єднані вузлами піддатливості, утвореними зв'язаними внапусток їх кінцевими частинами і скріпленими між собою замками, яке відрізняється тим, що верхняк і стійка рами мають форму, окреслену перемінними радіусами кривизни R та Rh відповідно за формулами: для склепіння M  R A (R0  R  cos )  HA (h  R  sin )  qв 50 (h  R  sin )2 2 для нижньої частини стійки 3  qв (R0  R  cos )2  0, 2 UA 114358 U (R  Rh cos  )2 (Rh sin )2  qв 0  0, 2 2 де HA - опорна горизонтальна реакція у шарнірі; R A - опорна вертикальна реакція у шарнірі; qв - вертикальне навантаження;  - коефіцієнт бічного розпору; R0 - початковий радіус склепіння виробки; h - нижня частина стійки;  - кут між горизонталлю та радіусом для склепіння;  - кут між горизонталлю та радіусом для нижньої частини стійки. Mh  R A (R0  Rh cos  )  HARh sin   qв 5 10 15 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4