Шарнірно-податливе арочне кріплення

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для крепления горных выработок, преимущественно проведенных и поддерживаемых в слабых породах на глубоких горизонтах. Известна арочная шарнирно-податливая крепь, которая включает две полуарки, соединенные в своде посредством шарнира, причем нижние концы полуарок установлены на опорные плиты, имеющие выступ на концах и уложенные на почву выработки под определенным углом, а каждая полуарка выполнена по форме боковой ветви квадратной параболы [1]. Недостатком изобретения является то, что крепь не может применяться для крепления, горных выработок, проведенных в слабых породах на глубоких горизонтах, так как из-за получения почвы угол установки опорной плиты, определяющий силовые параметры арки, не может быть постоянным. При произвольном изменении угла наклона опорной плиты работа крепи нарушается. Кроме этого недостатком является то, что боковые стенки выработки для применения предлагаемой крепи должны иметь малый угол наклона к горизонту, что приводит к обрушению породных стенок в полость выработки. Недостатком является и то, что боковые части площади поперечного сечения выработки не могут использоваться из-за малой высоты выработки вблизи ее стенок. Кроме этого сопротивление крепи мало и не подлежит регулированию. Согласно описанию крепь требует установки по ее контуру продольных распорок и затяжки, что требует затрат значительного количества ручного труда, что также является одним из ее существенных недостатков. В основу изобретения поставлена задача создания конструкции, устанавливаемой с предварительным распором и без установки межрамного ограждения после ее возведения, что позволит крепи иметь повышенное, против стандартной, сопротивление, работать в податливом режиме с возможностью регулирования величины смещения и не требовать установки межрамного ограждения. Сущность изобретения заключается в том, что арочная шарнирно-податливая крепь, включающая полуарки, соединенные в своде посредством шарниров, каждая полуарка выполнена в виде двух секционных решеток, одна из которых помещена вовнутрь другой, а в местах их соединения шарнирами каждая из секций образует консоль, причем полуарки крепи соединены стяжным устройством с регулируемым сопротивлением. Предлагаемая крепь имеет повышенное регулируемое сопротивление и обеспечивает повышение производительности труда при ее установке за счет ликвидации межрамного ограждения. Новым является то, что каждая полуарка выполнена в виде двухсекционных решеток, одна из которых помещена вовнутрь другой, а в местах их соединения шарнирами, каждая из секций образует консоль, причем полуарки крепи соединены стяжным устройством с регулируемым сопротивлением. Полуарки из двух секционных решеток, опорные консоли секционных решеток, боковые шарниры на секционных решетках, стяжное устройство с регулируемым сопротивлением - это новая совокупность существенных признаков, характеризующих предлагаемую шарнирно-податливую крепь, отвечает критерию "существенного отличия", так как они не известны авторам из открытой печати для достижения поставленной цели. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - шарнирно-податливая арочная крепь, общий вид; на фиг.2 - вид по А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - цилиндр узла сопротивления; на фиг.5 - шарнир соединения секций крепи; на фиг.6 - вид по В-В на фиг.5. Крепь содержит верхние арочные секции 1,2 и боковые криволинейные секции 3,4. Секции 1,2,3,4 имеют прямоугольную или иную форму. Изготавливают секции, например, из полых труб, образуя из них замкнутые прямоугольники с закругленными или прямыми углами. Изготовленные секции усиливают продольными и поперечными стяжками 5, Возможно изготовление секций из металлического листа с перфорацией. Одну часть изготовленных плоских секций изгибают с радиусом кривизны - это верхние арочные секции 1,2, Другую часть секций изгибают с радиусом кривизны, равным (3-4) - это боковые секции 3, 4. Арочная верхняя секция 2, например, с правой стороны выработки (фиг.1) имеет внутренний размер, например, 0,6-0,7 м. Боковые секции 4 имеют внешний размер, например, 0,55-0,65 м. Боковую секцию 4 вставляют вовнутрь верхней арочной секции 2 и соединяют боковые стойки секций 2,4 шарнирами 6 (фиг.1,2). Арочная секция 2 и боковая секция 4, соединенные шарнирами 6, образуют полуарку правую с консолями 7,8. Левая полуарка включает секции 1,3. Верхнюю арочную секцию 1 левой полуарки вставляют во внутрьверхней арочной секции 2 правой полуарки и соединяют верхними шарнирами 9 Шарниры 6,9 включают накладки 10, 11, хомуты 12,13, планки 14,15 с гайками 16,17. Шарниры посредством хомутов, планок и гаек устанавливают на секциях. После установки шарниров 6 секции 1,3 и 2,4 образуют полуарку правую и левую, а после установки шарниров 9 левая и правая полуарки соединяются и образуют арку. Монтаж крепи. В проходческий забой доставляют полуарки, собранные из секций 1,3; 2,4 и шарниров 6 с образованием консолей 8. На почву устанавливают боковые секции 3,4, помещая их в канавки 18, при этом между стенкой 19 выработки и секциями 3,4 оставляют зазор 0,20-0,30 м. Верхние части секций 3,4 опираются на стенки выработки. Затем поднимают к кровле выработки верхнюю арочную секцию 2, например, правой полуарки. При этом осью вращения являются боковые шарниры 6 правой полуарки, Поднятую к кровле выработки секцию 2 фиксируют ремонтиной (на чертеже условно не показано). В указанной последовательности устанавливают левую полуарку, вкладывая ее вовнутрь правой полуарки. Затем полуарки соединяют шарнирами 9. После соединения полуарок образуются опорные консоли 7. После этого секции 1,2 арки соединяют узлом сопротивления 20, включающим стяжное устройство известной конструкции 21, цилиндр регулируемого сопротивления 22, тяги концевые 23,24 и тягу среднюю 25. В цилиндре 22 в торце выполнена конусная расточка 26, в которой установлен усеченный конус 27, закрепленный на тяге 25, второй конец которой закреплен в стяжном устройстве 21. На внешней поверхности цилиндра 22 выполнена резьба, на которой установлена гайка 28 (фиг.4). Для раскрепления арки между кровлей и почвой выработки вращают стяжное устройство 21. При этом секции 1,2 сближаются, шарниры 6 отходят от стенок выработки 19, ширина крепи уменьшается, а верхние консоли 7 движутся вверх и упираются в породу кровли 19. Усилие распора арки между кровлей и почвой выработки зависит от усилия, создаваемого стяжным устройством 21. Максимальное усилие распора не должно превышать усилие, необходимое для перемещения усеченного конуса в канале цилиндра 22. Наличие нового признака "верхние консоли" 7 обеспечивает установки арки крепи с распором между кровлей и почвой. После выполнения всех перечисленных операций арка крепи смонтирована, раскреплена между кровлей и почвой и готова к работе. Смежную арку возводят в ранее описанной последовательности и устанавливают ее на расстоянии 0,050,15 м от ранее установленной. Наличие секционных решеток 1,2,3,4 исключает необходимость установки межрамного ограждения, что обеспечивает повышение производительности труда при установке крепи. Таким образом новый признак "секционные решетки" 1,2,3,4 обеспечивает установку крепи без межрамных ограждений. Работа крепи. В условиях слабых пород арка крепи подвергается давлению смещающихся пород кровли. Под влиянием давления смещающихся пород кровли вначале опускаются верхние консоли 7 за счет упругих деформаций, В конце смещений консоли принимают очертание верхних арочных секций 1,2, за счет чего прочность арочных секций увеличивается. При дальнейшем росте смещения пород давление передается на секции 1,2, шарниры 6 и узел сопротивления 20. Если растягивающее усилие в тягах 23, 24, 25 превысит сопротивление смещению усеченного конуса 27, установленного в конусной расточке 26, выполненной в торце цилиндра 22, то усеченный конус 27 начинает перемещаться в канале цилиндра 22. При перемещении усеченного конуса 27 шарниры 6 смещаются на некоторую величину и приближаются к боковым стенкам выработки 19, а верхние шарниры 9 опускаются, при этом стержень 29 является осью вращения в шарнирах 6, 9 (фиг.5). Из-за опускания секций 1,2 давление на них уменьшается и просадка крепи прекращается. Наступает период равновесия системы крепь-порода. При дальнейшем росте давления пород на верхние секции 1,2 цикл работы секции крепи повторяется. Для замедления скорости и величины смещения секций 1,2,3,4 и шарниров 9 и 6 увеличивают сопротивление перемещению усеченного конуса 27 в цилиндре 22 путем вращения гайки 28. Гайка приближается к усеченному конусу 27, что увеличивает усилие, необходимое для его перемещения в канале цилиндра 22, так как усеченный конус в процессе перемещения раздвигает стенки цилиндра 22. Таким образом, при увеличении усилия, необходимого для перемещения усеченного конуса 27 в канале цилиндра 22 продолжительность равновесия системы порода-крепь увеличивается. Величина податливости предлагаемой крепи определяется величинами смещений шарниров 6 и 9, возможной величиной перемещения усеченного конуса 27 в канале цилиндра 22, т.е. длиной самого цилиндра 22. Таким образом, наличие нового признака "стяжное устройство с регулируемым сопротивлением" позволяет регулировать величину сопротивления крепи при работе ее в податливом режиме. В конце хода податливости крепи секции 1.2 и шарниры 6 опираются на боковые стенки 19. В этом положении крепи основная часть давления пород передается на боковые породные стенки выработки, крепь превращается в ограниченно-податливую и воспринимает повышенное давление. Боковые секции 3,4 разгружаются от повышенного давления, не разрушают почву и не внедряются в нее, что уменьшает величину пучения почвы в выработке. Таким образом, наличие новых признаков, "полуарка из двух секционных решеток", "боковые шарниры", позволяют передать большую часть давления пород на боковые стенки выработки, разгрузить боковые секции от давления пород и уменьшить пучение почвы в выработке. В отдельных выработках при резком изменении условий проведения или при нарушении технологических процессов возможно увеличение поперечных размеров выработки. При использовании серийной крепи для крепления выработки за крепью образуется закрепная пустота значительной глубины. По требованию правил безопасности (ПБ §51) пустоты должны быть заложены, что требует дополнительной затраты материальных и людских ресурсов. При применении предлагаемой крепи в указанных случаях глубина закрепной пустоты не увеличивается, так конструкция крепи предусматривает возможность увеличения ее ширины и высоты путем раздвижки в шарнирах 6 и 9. При раздвижке секций в верхних шарнирах 9 увеличивается ширина крепи, а при раздвижке в шарнирах 6 - увеличивается высота крепи. При изменении размеров крепи величина консолей 7,8 изменяется. Для определения длины консолей в выработке вначале устанавливают шаблон арки из легкого сплава. При проведении выработок по слабым породам зачастую происходят локальные вывалы породы из кровли. При применении серийной крепи закладка таких пустот затруднена, так как материал, заполняющий локальную пустоту, не имеет контакта с кровлей пустоты и вывалы породы из пустоты продолжаются. При использовании предлагаемой крепи материал, заполняющий пустоту, верхними консолями прижимают к кровле пустоты. Для этого после монтажа арки и установки узла сопротивления боковые секции 3,4 наклоняют так, чтобы шарниры 6 опирались на стенки 19 выработки. При раздвижке шарниров 6 верхние консоли 7 опускаются и образуется свободное пространство между кровлей выработки и крепью. Затем на консоли 7 вначале поперек выработки укладывают, например, бревна, а на них бревна укладывают вдоль выработки. После укладки необходимого количества рядов бревен секции 1,2 стягивают стяжным устройством 21. При стягивании секций 1,3 консоли 7 перемещаются вверх и прижимают бревна к кровле пустоты. Усилие прижатия бревен, заполняющих локальную пустоту, регулируется с помощью стяжного устройства 21 в каждом конкретном случае и может достигать величины 50-100 кН. При смещении пород кровли совместно с пустотой, заполненной материалом, давление передается на консоли 7, они упруго деформируются и приобретают очертание секций 1,3. В дальнейшем все циклы работы предлагаемой крепи не отличаются от выше описанных. Использование предлагаемой арочной шарнирно-податливой секционной крепи, имеющей повышенное регулируемое сопротивление, замедляет скорость и величину смещения породного контура выработки, что позволяет уменьшить площадь ее поперечного сечения при проведении и уменьшить затраты на установку крепи за счет отсутствия работы по установке затяжки и на поддержание за счет повышенного сопротивления крепи на 1300-2000 руб. на 1 м за 1 год.