Тумба для охорони виробки

Тумба для охраны выработки с клиновидной вершиной, установленной режущим ребром вверх, отличающаяся тем, что вершина тумбы дополнительно снабжена стаканами с расширяющимся веществом, клиньями, свободно размещенными в стаканах, с отверстиями и фиксаторами в верхней части каждого клина, причем стаканы установлены вертикально и в один ряд вдоль режущего ребра. Ю (13) 40609 (11) UA железобетонных блоков улучшило состояние охраняемых выработок, но все же около 20% протяженности выработок имеет неудовлетворительное состояние. В условиях прочных пород блоки тумбы разрушаются, если между бло ками нет податливых прокладок. Если прокладки применяют, то тумба опрокидывается, так как прокладки служат поверхностями скольжения. Кроме того, тумба имеет большую поверхность опоры, устанавливается без существенного распора, что приводит к зависанию больших консолей и разрушению выработки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результа ту является "Устройство для охраны выемочных выработок" [2], которое принято в качестве прототипа. Устройство имеет несущий элемент, выполненный из двух взаимно перпендикулярных металлических листов. Верти кально расположенный лист вы полнен с клиновидной вершиной, устанавливаемой в сторону кровли пласта. Кровля выработанного пространства соприкасается с перекрытием из ряда установленных охранных устройств, выполняющи х роль ножа. Вертикальные элементы с вершинами и раскосами внедряются в породу кровли и инициируют обрыв зависших пород кровли в выработанном пространстве, при этом уменьшаются нагрузки на крепь выработки и затраты на ее поддержание и перекрепление. К недостаткам изобретения по А.с. № 1800041 следует отнести то, что устройство не может быть установлено с предварительным высоким распором между кровлей и почвой пласта. Как следствие, отсутствия высокого предварительного распора зависшая породная консоль обрушается не по линии предполагаемого внедре (19) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для охраны подземных выработок, преимущественно при разработке тонких пластов с прочными породами кровли и почвы. Известен способ охраны выработки полосой из быстротвердеюще го материала, причем полоса имеет форму клина, обращенного верши ной в сторону кровли разрабатываемого пласта [1]. Полоса создается путем подачи твердеющего материала, приготовленного вблизи места укладки, за опалубку насосом. Недостатком способа охраны является то, что площадь поперечного сечения полосы в верхней части мала, вследствие чего при опускании кровли верхняя часть клинообразной полосы будет разрушена давлением пород, кровля потеряет опору и охраняемая выработка будет разруше на. При таком поведении клинообразной полосы она не надежна, поставленная цель не будет достигнута. Кроме этого, недостатком является большая трудоемкость возведения охранной полосы в условиях подземной выработки, причем для приготовления твердеющего материала и его транспортировки к месту ук ладки требуется специальное доpогостоящее оборудование. Разработка пластов с устойчивой кровлей ха рактерна тем, что над выработанным пространством зависают породные консоли. Длина консолей зависит от мощности прочных слоев и достигает 30 м. Зависание породных консолей способствуе т образова нию зон опорного давления, и как следствие этого, разруше нию выработок расположенных на границе выработанного пространства и угольного массива, применение тумб из C2 ______________________________ 40609 ния вершин устройства в кровлю, а над выработкой со стороны, противоположной выработанному пространству. Та ким образом предполагаемого инициирования обрушения зависшей породной консоли не произойдет и поставленная цель не будет достигнута. Не достатком является и то, что устройство не может изменять своей высоты. Известно, что мощность разрабатываемого пласта изменяется на 15–20% в пределах отрабатываемого выемочного столба или выемочного участка. Вследствие уве личивающейся мощности разрабатываемого пласта между вершиной предлагаемого устройства и зависшей породной консолью образуется пустота. За висшая породная консоль будет свободно опускаться, не встречая сопротивления со стороны устройства, и обруше ние консоли произойдет по линии, расположенной вблизи выработки, а со стороны, проти воположной выработанному пространству, при этом давление на выработку увеличится, крепь будет разрушена и поставленная цель не достигается. При уменьшении мощностиразрабатываемого пласта на 15–20% предлагаемое устройство не может быть применено, так как его невозможно разместить в нужном месте, ибо его высота больше высоты выработанного пространства или же необхо димо будет дополнительно уве личивать искусственно высоту вы работанного пространства. В основу изобретения поставлена задача усо вершенствования тумбы для установки ее с первоначальным распором путем снабжения ее стаканами с расширяющимся веществом и выдвигающи мися клиньями, что инициирует обрушение зависшей над выработанным пространством породной консоли и уменьшает ве личину и скорость смещения пород по контуру о храняемой выработки. Поставленная задача решается тем, что тумба для охраны выработки с клиновидной вершиной, установленной режущим ребром вверх, отличается тем, что верши на тумбы дополнительно снабжена стаканами с расши ряющимся веществом, клиньями свободно размещенными в стаканах, и содержащих отверстия и фиксаторы в верхней части каждого клина, причем стаканы установлены верти кально и в один ряд вдоль режущего ребра. Новым по отношению к прототипу является то, что тумба для охраны выработки с клиновидной верши ной, установленной режущим ребром вверх, до полнительно снабжена стаканами с расширяющимся веществом, клиньями, свободно размещенными в стаканах и содержащих отверстия и фиксаторы в верхней части каждого клина, причем стаканы установлены вертикально и в один ряд вдоль режуще го ребра. Наличие новых существенных признаков, совместно с известными признаками, обеспечивает решение поставленной задачи. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 – тумба для охраны выработки, общий вид; на фиг. 2 – головной блок, вид сверху; на фиг. 3 – то же, разрез по А– А; на фиг. 4 – тумба в сбо ре. Тум ба 1 для охраны выработки содержит головной блок 3 и рядовые блоки 4, 5 (фиг. 1). Головной блок 3 выполнен в форме металлической жесткой призмы 6, боковые грани которой выполнены, например, из листово го металла толщиной 10–15 мм (фиг. 2, 3). В вершине призмы 6 выполнены отверстия 7. В отверстиях установлены и закреплены электросваркой центральные стаканы 8. В каждом стакане 8 установлен подвижный клин 9 и расширяющееся вещество 10 (фиг. 3). Режущие лезвия 11 клиньев 9 пропущены через отверстия 7 в вершине призмы 6. Хвостовая часть подвижного клина 9 размещена в ста кане 8. Клин 9 выполнен из металла, диаметр хвостовой части 80–100 мм. В клине 9 выполнены отверстия 12, например, перпендикулярно длинной оси клина, в отверстии 12 установлен фиксатор 13. Внутри призмы 6 размещены опорные боковые цилиндры 14, верхний срез каждого цилиндра 14 прикреплен электросваркой к боковым граням призмы 6. Боковые цилиндры 14 заполнены сжимающимся материалом, например, пластиком или антисептированной древесиной 15. Нижние части цилиндров 14 пропущены через отверстия в днище призмы 6 и прикреплены к днищу электросваркой. Нижние торцы стаканов 8 и цилиндров 14 выступают над уровнем днища 16 на 40–50 мм. Центральные стаканы и цилиндры выполнены из металла. Внешний диаметр стаканов 8 и цилиндров 14 равен 80–100 мм, толщина стенок 15–20 мм. Длина головного блока 500 мм, ширина 400 мм, высота 500 мм. Рядовые блоки 4 выполнены, например, из легкого бето на (цемент и керамзитовое заполнение) и армирова ны металлическими цилиндрами 17, с расширениями на концах. Вн утренний диаметр цилиндров 17 превышает на 4–5 мм внешний диаметр стаканов 8 и цилиндров 14 и равен 85–105 мм, толщи на стенок 15–20 мм. Длина цилиндров 17 150–200 мм выбирается в каждом конкретном случае с учетом условий охраны выработки и пределов изменения мощности пласта. Цилиндры 14 и 17 заполнены уплотняющим ся мате риалом 19, например, пластиком или анти септи рованной древесиной. Длина блоков 500 мм, ширина 400 мм, толщи на 150–200 мм. Рядовые блоки 5 выполнены, например, из легкого бето на и армированы металлическими цилиндрами 18, имеющими высокое сцепление с бетонным заполнением блока. Концы цилиндров 18 выступают над уровнем бетона блока на 40–50 мм. Внешний диаметр цилиндров 18 на 3–5 мм меньше внутреннего диаметра цилиндров 17 и равен 80–100 мм, толщи на стенок 15–20 мм. Длина блоков 500 мм, ширина 400 мм, толщи на 150–200 мм. Масса блоков 4, 5–50–55 кг. Прочность рядовых бло ков 4, определяется прочностью металлических цилиндров, заполненных уп лотняющимся веществом, например, антисепти рованной древесиной, и прочностью бетона. Рядовой блок 4 с размерами 500х400х200 мм имеет прочность 15000– 18000 кН. Возможно выполнение рядовых блоков без бетона. Монтаж тумбы начинают с расчистки почвы от мелких кусков породыи угля. На почву укладывают рядовой блок 4. Блок 5 укладывают на блок 4, при этом выступающие над уровнем бетона блока 5 концы цилиндров 18 заво дят в раструбы цилиндров 17 блока 4. Заведенные в раструбы цилиндров 17 концы цилиндров 18 опираются на 2 40609 древесину 19, заполняющую цилиндры 17. Поскольку вн утренний диаметр цилиндров 17 на 3–5 мм превышает внешний диаметр цилиндров 18, то это обеспечивает податливо-шарнирное соединение соседних блоков 4 и 5. Шарнирное соединение блоков обеспечивает хо рошую приспосабливаемость блоков к неровностям почвы и повышенную устойчивость тумбы, собранной на шарнирносоединенных блоков. При уста новке головного блока 3 выступающие концы стаканов 8 и цилиндров 14 заводят в раструбы цилиндров 17, заполненных антисептированной древесиной 15. Таким образом, головной блок 3 соединяется с блоком 4 шарнирами. Перед установкой головного бло ка 3 на рядовой блок 4 в центральные стаканы 8 засыпают расширяющее ся вещество 10 в объеме 800–1000 см 3, заливают 200–400 см 3 во ды, и размешивают массу, а затем в стаканы 8 уста навливают клинья 9. После это го блок 3 устанавливают на вер хний блок 4 (фиг. 1). Бло ки соединяются шарнирно. Тумбы 1 устанавливают на расстоянии 1,0–1,5 м от крепи охраняемой выработки 2 со стороны выработан ного пространства лавы. Тумбы, установленные вдоль выработки, образуют о хранную полосу. Расстояние между тумбами в полосе рассчиты вают по действующей в отрасли мето дике. Работа тум бы. Для того, что бы тум ба после ее монтажа оказывала сопротивление смещающимся породам, ее необхо димо как можно быстрее раскрепить между кровлей и почвой пласта. В предлагаемом техническом решении раскрепление тумбы осуществляют путем выдви гания подвижных клиньев 9 из стаканов 8 под влиянием уси лия, возникающе го при расширении вещества 10. При использовании вещества, например, типа НРС-1 напряжения достигают 20 МПа. Выдвигание клиньев длится 20–30 мин. Диаметр хвостовика подвижного клина 9 равен 8 см, площадь поперечного сечения 50 см 2. Следовательно, подвижный клин 9 выдвигается из стакана 8 с усилием р=50х20=1000 кН. Так как в головном блоке установлено три подвижных клина 9, то уси лие раскрепления тумбы равно 3000 кН. Усилие выдвигания клиньев 9 через стаканы 8 и цилиндры 17, 18 передается на анти септированную древе сину 19, которая заполняет цилиндры 14, 17 блоков 4, 5 (фиг. 4). Под влиянием этого уси лия антисептированная древесина в цилиндрах 14, 17 под кромками цилиндров 14, 18 сминается, что и соз дает податливость тум бы, собранной из блоков 3, 4,5. В условиях всестороннего сжатия, кото рое реализуется под кромками цилиндров 14, 18, древе сина разрушается при напряжениях, в 5–10 раз превышающих напряжения при одноосном сжатии. Сопротивление предлагаемой тумбы равно 15000–18000 кН по условиям уплотнения древесины в условиях сложного напряженного состояния во всех цилиндрах при работе в податливом режиме. Сопротивление тумбы регулируют п утем изменения сопротивления уплотняюще гося мате риала 19, а также путем изменения сопротивления уплотняюще гося мате риала 19, а также путем изменения площади взаимодействия цилиндров с уплотняющимся материалом. Выдвигающиеся из стаканов 8 клинья 9 упираются в породу кровли 20, прочность кото рой в образце равна 70–80 МПа. В породе под режущей кромкой 11 клина 9, выдвигаемого с уси лием 1000 кН, возникают высокие напряжения, равные 500 МПа. Эти напряжения превышают прочность кровли 20, порода разрушается и в нижнем слое кровли образуется выемка 21 (фиг. 1). Глубина выемки 21 зависит от высоты, на которую выдвигается клин 9. Высота выдви гания клина 9 из стакана 8 зависит от коэффициента расширения вещества 10. В стакан 8 расширяющее ся вещество засыпают слоем высотой 5–6 см. Коэффи циент расши рения вещества равен 5–6. Следовательно, высота выдвигания клина равна 25–30 см. Таким образом глубина выемки в нижней части породы кровли равна 25–30 см. После выдвигания клина на 25–30 см в течение 20–30 мин, клин фиксируют, забивая в отверстие 12 фиксатор 13. Клинья 9 в тумбах 1, установленных вдоль выработки 2, образуют в породе кровли 20 выемку 21, вытянутую вдоль выработки 2. Породная консоль 22 с выемкой 21 в нижнем слое, проги бается. В свя зи с проги бом в вер хних слоя х из ги бающей ся породной консоли 22 возникают растя гивающие ся напряжения, а в нижних слоя х воз никают сжимающие ся напряжения. Под влия нием растя гивающи х напряжений в вер хних слоя х породной консоли 22 образуе тся трещи на 23, что при водит к акти ви зации изгиба. При продолжающемся изгибе консо ли 22 тре щи на 23 расте т, пе ресекает породную консоль 22 по всей ее мощности и объединяется с выемкой 21, что при во дит к обруше нию консоли по направлению уста новленных тумб 1 по ли нии тре щи ны 23. После обрушения породной консоли 22 нагрузка на тумбу 1 резко уменьшается и тумба работает с высокой надежностью в те чение длительного времени. Таким образом наличие в предлагаемом техническом реше нии новых существенных признаков "подвижный клин 9, расширяющееся вещество 10, стаканы 8, цилиндры 14, 17, 18, уплотняющаяся антисепти рованная древесина 19", совместно с известными признаками, обеспечивает установку тумбы с высоким первоначальным распором. В случае применения предлагаемого технического решения для охраны выработки, в кровле которых залегает вязкая порода типа сланца песчаного или песчаника, внедpение в кровлю подвижных клиньев 9 не приводит к образованию выемки 21. В этом случае опускающаяся кровля 20, нарушенная внедряющи мися клиньями 9, опирается в процессе опускания на режущую грань 24 призмы 6. Под влиянием жесткой призмы 6 вязкая порода разрушается и вследствие этого происходит обруше ние породной консоли 22 по ряду тумб 1. Таким образом, наличие нового признака, режущая грань 24 призмы 6, обеспечивает обрушение по линии установки тумб 1 консоли 22 вязкой породы, что уменьшает давление на тумбу и смещения пород в охраняемой выработке. При больших величи нах давление на тумбу шарнирно сочлененные ста каны 8 и цилиндры 14, 17, 18 го ловного блока 3 и рядовых бло ков 4, 5 вдвигаются друг в др уга за счет смятия антисептированной древесины 19, заполняющей цилиндры 14, 17. Та ким образом, тумба работает в 3 40609 податливом режиме с высоким сопротивлением, что обеспечивается наличием новых существенных признаков "цилиндры 14, 17, 18, уплотняющееся вещество 19". Наличие цилиндров 14, 17, 18 разных диаметров образует шарниры, что обеспечивает высокую устойчивость тумбы при действии на нее косонаправленной нагрузки от зависящи х породных консолей. Использование предлагаемой тумбы позволяет сократить расхо ды на поддержание охраняемой выработки на 15–20% при разработке пластов мощность которых превышает 0,7–0,8 м. При разработке пластов, мо щность которых не превышает 0,7–0,8 м, для охраны выработок используют толь ко головной блок 3 без использова ния рядовы х блоков 4 и 5. При помощи разрабатываемого пласта менее 0,7–0,8 м головной блок 3 устанавливают на деревянные прокладки, уло женные на почву пласта. Предва рительный распор блока 3 между кровлей и почвой разрабатываемого пласта осуществляется путем выдви гания из стаканов 8 клиньев 9 под действием уси лия расширяюще гося ве щества 10 на высоту до 25–30 см. В выдви нутом состоянии клинья 9 фиксируются путем установки в отверстиях 12 фиксато ра 13. Необхо димая величина податливости дости гается за счет снятия де ревянных прокладок, на которые установлен го ловной блок 3. Рядовые блоки 4, 5, из которых возводят тумбы для охраны выработок, при разработке пластов, мощность которых превышает 0,7–0,8 м, но менее 1,3–1,5 м, можно изготовлять из высокопрочного бетона. В этом случае в отверстиях блоков 4, 5 не уста навливают в процессе их изготовления армирующие цилиндры 17, 18. Для заполнения отверстий вместо цилиндров 17, 18 применяют материалы, уплотняющиеся без бокового расши рения, древесину из дуба или бука или других пород деревьев, имеющи х прочную древесину. Блоки 4, 5, изготовленные без армирующи х цилиндров 17, 18, имеют меньшую массу и меньшую стоимость изготовления. Рядовые блоки 4, 5, из которых возводят тумбы для охраны выработок при разработке пластов, мощность которых превышает 1,3–1,5 м, можно изготовить в ви де цилиндров 17, 18 без бетонного заполнения. Диаметр цилиндров и их количество в каждом блоке выбирают в каждом конкретном случае с уче том размеров и расположения стаканов 8 и цилиндров 14 в головном блоке 3. Цилиндры 17, 18 в блоках 4, 5 скрепляют между собой электросваркой. В рядовых бло ках 4, 5 цилиндры 17, 18 заполняют уплотняющимся материалом, что обеспечивает податливость тум бы. Блоки 4, 5, изготовленные без бетонного заполнения, имеют высокую прочность и отличаются меньшей массой по сравнению с блоками других конструкций. Фиг. 1 4 40609 Фиг. 2 Фиг. 3 5 40609 Фиг. 4 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 6