Арочне піддатливе не замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення

Арочне піддатливе не замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення для виробок у важких гірничо-геологічних умовах на великій глибині розробки, що містить верхняк і бокові стояки із сегментів жолобчатого профілю, широкі днища яких спрямовані у бік порожнини виробки, з'єднані в вузлах піддатливості хомутами з планками і гайками, та жорстко закріплені на сегментах по зовнішньому периметру арки опорні елементи, виконані у формі клинів, кожний із яких містить між плоскими гранями пружний елемент, а грані клина з'єднані у їх вершині шарніром, виконаним у формі осі, з'єднаної по кінцях зі стояками, жорстко закріпленими на сегментах арки, яке відрізняється тим, що широкі днища сегментів арки спрямовані у бік породного масиву, бокові стояки додатково замкнуті поперечним лежнем по підошві виробки і з'єднані в вузлах піддатливості хомутами з планками і гайками, арка обладнана шарнірно закріпленими на сегментах по зовнішньому периметру компенсаторами ударних і статичних навантажень і руйнування породи за кріпленням виробки, кож U 2 47451 1 3 масиву. Кріплення працює таким чином. У важких гірничо-геологічних та виробничих умовах на кріплення із порожнеч у покрівлі і боках виробки падають блоки породи. При взаємодії з широким днищем сегментів арки блоки не руйнуються, якщо коефіцієнт міцності породи більше шести. Сила удару блоків, які падають на сегменти, повністю передається на вузли піддатливості арки кріплення. Під дією ударів блоків породи навантаження на арку перевищує її опір у вузлах піддатливості, Кінці сегментів у вузлах піддатливості арки зрушуються на величину, більшу конструктивної піддатливості вузлів і вони працюють як жорсткі вузли. Площа поперечного перерізу арки суттєво зменшується, а сегменти деформуються. Жорсткі вузли з'єднання поперечного лежня зі стояками руйнуються, а лежень деформується. Площа поперечного перерізу виробки ще більше зменшується. Кріплення потребує заміни. Аналог не можна застосовувати для кріплення виробки у важких гірничо-геологічних та виробничих умовах на великій глибині розробки тому, що вузли арки мають недостатній опір на дію ударних навантажень і малу піддатливість, що не забезпечує зменшення частоти заміни зруйнованих арок і підвищення стійкості виробки. Відоме піддатливе арочне не замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення, сегменти якого мають форму жолоба і з'єднані вузлами піддатливості з хомутами, планками і гайками. (Крепь горних выработок глубоких рудников. Г.Г. Мирзаев, А.Г. Протосеня, Ю.Н. Огородников, В.Н. Вихарев, М.: Недра, 1984, с.142, 143, 148, рис.60). Суть аналога полягає в тому, що широке днище сегментів спрямоване у бік породного масиву, а на кінцевих ділянках верхняка і стояків виконані отвори, в які встановлені короткі металеві стрижні. Кріплення працює таким чином. У важких гірничо-геологічних і виробничих умовах на великій глибині розробки на кріплення падають блоки породи. Ударні навантаження повністю передаються на кріплення тому, що блоки породи не руйнуються при ударах по широкому днищу сегментів. Під дією ударних навантажень, як показав досвід застосування, в першу чергу руйнуються хомути у вузлах піддатливості, що призводить до втрати працездатності арки, Під дією вібрацій породного масиву від вибухових робіт сегменти арки деформуються, що потребує їх заміни. Аналог не може бути застосованим у важких гірничо-геологічних та виробничих умовах на великій глибині розробки тому, що кріплення не забезпечує зменшення частоти заміни арок і підвищення стійкості виробки. Відоме арочне не замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення, сегменти якого виготовлені із жолобчатого профілю GHH (Шпрут Φ Металлическая крепь подготовительных выработок. Μ.: Углетехиздат, 1958, с.149, рис.108). Суть аналога полягає в тому, що сегменти арки спрямовані днищами у бік порожнечі виробки і скріплені одним широким хомутом, а на днищах стояків, у середині профілю, жорстко закріплені стрічки з виступом із відносно м'якої сталі. Торцева частина внутрішнього сегмента верхняка загострена і загартована. При зрушенні одного із сегме 47451 4 нтів загострене лезо внутрішнього профілю зрізає виступ. Таким чином опір арки залежить від сили, необхідної для зрізання виступу на стрічці, а не від сили тертя, сегментів, з'єднаних у піддатливих вузлах арки. Кріплення працює таким чином. У важких гірничо-геологічних та виробничих умовах на кріплення падають блоки породи із порожнеч в покрівлі і боках виробки. Сила ударів блоків повністю передається на кріплення, Під дією сили ударів блоків хомут вузла піддатливості руйнується, відстань між днищами сегментів зростає, зрізання виступу на стрічці припиняється і опір арки суттєво зменшується. Площа поперечного перерізу виробки зменшується, сегменти деформуються і арка потребує заміни. Аналог не може застосовуватись у важких гірничо-геологічних і виробничих умовах тому, що кріплення не забезпечує зменшення частоти заміни арок і підвищення стійкості виробки. Найбільше близьким аналогом по технічній суті є "Крепь подземных выработок" (див. а.с. СССР, №1666744, Е21Д11/14, опубліковано 30.07.91, бюл. №28), Арочне піддатливе не замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення для виробок у важких гірничо-геологічних і виробничих умовах на великій глибині розробки, яке включає верхняк і бокові стояки із сегментів жолобчатого профілю, широкі днища яких спрямовані у бік порожнечі виробки, з'єднані в вузлах піддатливості хомутами з планками і гайками. Суть найбільше близького аналога полягає в тому, що на сегментах по зовнішньому периметру арки жорстко закріплені опорні елементи, виконані у формі клинів, кожний із яких містить між плоскими гранями пружний елемент, а грані клину з'єднані у їх вершині шарніром, виконаним у формі осі, з'єднаної по кінцях зі стояками, жорстко закріпленими на сегментах арки. Кріплення працює таким чином. У важких гірничо-геологічних і виробничих умовах на великій глибині розробки за кріпленням виробки виникають порожнини як до установки, так і після установки кріплення. Із порожнини випадають блоки породи, які ударяють по клинам опорних елементів. Клини жорстко закріплені на сегментах арки і тому руйнуються під дією ударних навантажень. Після руйнування клинів падаючі блоки породи ударяють по сегментам арки, які руйнуються тому, що вони не розраховані на дію ударних навантажень. Порода підошви виробки інтенсивно піднімається тому, що арка не замкнута поперечним лежнем по підошві виробки. Найбільше близький аналог не можна застосовувати для кріплення виробки у важких гірничо-геологічних та виробничих умовах на великій глибині розробки тому, що кріплення не забезпечує зменшення частоти заміни арок і підвищення стійкості виробки. Опори клинів розміщені у середині профілю сегментів арки, що виключає можливість їх застосування на арках, широкі днища сегментів яких спрямовані у бік породного масиву. Загальними ознаками найбільше близького аналога і корисної моделі, що розробляється, є піддатливі вузли та пружні елементи. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення кріплення шляхом зміни конструкції арки і обладнання арки компенсаторами ударних і 5 статичних навантажень і руйнування породи за кріпленням виробки. Арочне піддатливе не замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення, для виробок у важких гірничо-геологічних умовах на великій глибині розробки, яке включає верхняк і бокові стояки із сегментів жолобчатого профілю, широкі днища яких спрямовані у бік порожнини виробки, з'єднані в вузлах піддатливості хомутами з планками і гайками, та жорстко закріплені на сегментах по зовнішньому периметру арки опорні елементи, виконані у формі клинів, кожний із яких містить між плоскими гранями пружний елемент, а грані клина з'єднані у їх вершині шарніром, виконаним у формі оci, з'єднаної по кінцях зі стояками, жорстко закріпленими на сегментах арки, яке відрізняється тим, що широкі днища сегментів арки із жолобчатого профілю спрямовані у бік породного масиву, бокові стояки додатково замкнуті поперечним лежнем по підошві виробки і з'єднані в вузлах піддатливості хомутами з планками і гайками, арка обладнана шарнірно закріпленими на сегментах по зовнішньому периметру компенсаторами ударних і статичних навантажень і руйнування породи за кріпленням виробки, кожен із яких включає пустотілий клин із двох частин, з'єднаних між собою муфтою натягом з зазором між з'єднаними частинами, в порожнини пустотілого клину встановлено суцільний клин та стрижень з низько модульного матеріалу, а пустотілий клин шарнірно закріплено у отворі між жорстко з'єднаними гранями тригранної призми, на зовнішній поверхні граней якої жорстко закріплені гострі поперечні клини, причому гостре ребро тригранної призми спрямоване у бік породного масиву, а верхні гострі торці пустотілого та суцільного клинів проходять через отвір у вершині тригранної призми, а плоскі торці суцільного клину і стрижня із низькомодульного матеріалу взаємодіють між собою, при цьому нижній гострий торець пустотілого клину та нижній плоский торець стрижня з низькомодульного матеріалу проходять через отвір у днищі тригранної призми і взаємодіють з зовнішньою поверхнею дна сегмента арки жолобчатої форми профілю, причому краї довгої сторони днища тригранної призми загнуті і жорстко закріплені на внутрішніх поверхнях граней тригранної призми, а днище цієї призми взаємодіє з дном сегменту арки жолобчатої форми профілю, через пружні елементи, жорстко закріплені на зовнішній поверхні днища тригранної призми, яка шарнірно закріплена на дні сегмента арки жолобчатої форми профілю, при цьому тяги жорстко закріплені у вирізах на гранях тригранної призми. Зазначені ознаки складають суть корисної моделі тому, що є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату - зменшення частоти заміни зруйнованого кріплення і підвищення стійкості виробки. Суть корисної моделі поясняється кресленнями, на яких показано: на Фіг.1 - поперечний переріз виробки, загальний вигляд; на Фіг.2 - переїв за А-А на Фіг.1; на Фіг.3 - компенсатор ударних і статичних навантажень і руйнування породи за кріпленням виробки; на Фіг.4 - переріз за Б-Б на Фіг.1. 47451 6 До складу корисної моделі входить піддатливе додатково замкнуте поперечним лежнем по підошві виробки кріплення із сегментів жолобчатої форми профілю, широкі днища яких спрямовані у бік породного масиву, арка якого включає верхняк 1, стояки 2, вузли піддатливості 3, 6, 7, поперечний лежень 4, який з'єднаний зі стояками 2 короткими сегментами 5. Одні кінці сегментів 5 з'єднані вузлами піддатливості 6 зі стояками, а другі - вузлами піддатливості 7 з поперечним лежнем 4, Фіг.1. До складу компенсатора 8 ударних і статичних навантажень і руйнування породи за кріпленням виробки, входить пустотілий клин із двох частин 9, 10, з'єднаних між собою муфтою 11 з зазором 12 між з'єднаними частинами, при цьому в порожнині пустотілого клину встановлено суцільний клин 13 та стрижень 14 із низько модульного матеріалу, а пустотілий клин шарнірно закріплено між жорстко з'єднаними гранями 15, 16 тригранної призми, на зовнішній поверхні граней якої жорстко закріплені поперечні клини 17, 18, причому гостре ребро 19 тригранної призми спрямоване у бік породного масиву, а верхні гострі торці 20 пустотілого та суцільного 21 клинів проходять через отвір 22 у вершині тригранної призми, а плоскі торці 23 і 24 суцільного клину і стрижня із низько-модульного матеріалу взаємодіють між собою в порожнині пустотілого клину, при цьому нижній гострий торець 25 пустотілого клину та нижній плоский торець 26 стрижня із низько-модульного матеріалу проходять через отвір 27 у днищі 28 тригранної призми і взаємодіють з зовнішньою поверхнею дна сегменту жолобчатої форми профілю, причому краї 29, 30 довгої сторони тригранної призми загнуті і жорстко закріплені на внутрішніх поверхнях граней цієї призми, а днище призми взаємодіє з дном сегменту жолобчатої форми профілю через пружні елементи 31, 32, жорстко закріпленими на зовнішній поверхні днища тригранної призми, яка шарнірно закріплена на сегменті жолобчатої форми профілю, тягами 33, 34 з планками 35, 36 і гайками, а тяги жорстко закріплені у вирізах 37, 38 (на Фіг. не позначено) на гранях тригранної призм, Фіг.4. До складу кріплення входить металева піддатлива міжрамна огорожа, яка включає окремі затяжки. Кожна затяжка містить металеву раму із рифлених повздовжніх і поперечних стрижнів, хомути на кінцях повздовжніх стрижнів, металеву рифлену пластину 39, жорстко закріплену на рамі. Під дією ударних навантажень від падаючих на кріплення блоків породи 40 рифи 39 розгинаються і затяжка приймає форму жолоба 41, Фіг.2. Блоки породи/або його частини після розколювання блоку переміщуються по жолобу під дією своєї ваги і накопичуються на підошва виробки. Робота корисної моделі розглядається на прикладі горизонтальної виробки, яку проводять у важких гірничогеологічних та виробничих умовах на великій глибині розробки. В таких умовах розущільнений породний масив руйнується крихко під дією гірничого тиску. Із покрівлі та боків породного масиву у виробку падають блоки породи як до установки, так і після установки кріплення, що призводить до виникнення в породному масиві порожнеч. Порожни 7 ни мають різну форму, різний кут нахилу стінок по відношенню до стінок виробки, різну глибину та ширину, та різну стійкість стінок. При проведенні виробки в зонах впливу тектонічного порушення вивали, як правило, мають форму прямокутної призми. Висота порожнини, після вивалу породи, досягає восьми метрів, а ширина не перевищує висоти порожнини. Стінки порожнини стійкі, що призводить до нових вивалів породних блоків. В об'ємі породи кожного із вивалів містяться блоки різних розмірів, в тому числі з розмірами 0,3-0,5м. Таких блоків налічується до 40 відсотків. При проведенні виробки по тектонічному порушенні з виділенням води із масиву породи навколо виробки виникають порожнини, які мають форму конуса. Висота порожнин змінюється від 1,2м до 9,0м, а ширина від 1,2 до 5,0м. Стінки порожнин не стійкі. В об'ємі породи кожного із вивалів містяться блоки з розмірами 0,3-0,4м. Порожнини косо направлені, кут нахилу стінок порожнин змінюється від 33 до 60 градусів. Блоки породи, які випадають із косонаправлених порожнин, ударяють по боковим стоякам а по верхнякам арки. Відомо, що арка кріплення, при дії коссннаправлених навантажень, має опір на 20-30 відсотків менший, ніж при дії вертикально направлених навантажень (П.И Баранников, Е.Д. Жариков. Повысить ефективності работы арочной податливой крепи из профиля СВП // Шахтное строительство, 1979, №9, с.6, рис.2), При відсутності на сегментах арки кріплення із жолобчатої форми профілю компенсаторів ударного і статичного навантаження і руйнування породи за кріпленням виробки енергія удару повністю передається на арку. Серійні арки не розраховані на дію ударних навантажень і тому руйнуються. Таким чином, основним призначенням компенсаторів є зменшення сили удару від падаючих на арку блоків породи, розколювання блоків на частини та руйнування породи за кріпленням з метою недопущення концентрованих навантажень на закріпну огорожу. Можливі декілька схем взаємодії падаючого на кріплення виробки блоку породи з компенсаторами ударних і статичних навантажень: схема 1 - блок породи падає на гострі торці двох клинів одного компенсатора, і розколюється на декілька частин; схема 2 - блок породи падає на гострі торці двох клинів і гостре ребро тригранної призми одного із компенсаторів; схема 3 - блок породи падає на гострий торець одного клину і на краєві частини гострих ребер тригранної призми двох суміжних компенсаторів; схема 4 - блок породи падає і взаємодіє з двома краєвими частинами гострих ребер тригранних призм суміжних компенсаторів; схема 5 - блок породи падає і взаємодіє з сегментом арки кріплення жолобчатої форми профілю між кінцями тригранних призм суміжних компенсаторів. При всіх можливих випадках розроблена конструкція компенсатора ударних і статичних навантажень і руйнування породи за кріпленням виробки забезпечує розколювання блоків породи великих розмірів і зменшення сили удару, яка передається на сегменти арки із жолобчатого форми профілю та на затяжки закріпної огорожі. Величина сили удару, яка передається на кріплення, залежить від конкретних умов, в тому 47451 8 числі від швидкості, з якою блок породи ударяє по компенсатору, від жорсткості муфт 11 та стрижнів 14 вузлів компенсаторів, матеріалу, з якого виготовлені клини компенсатора, площі поперечного перерізу клинів та інших величин. Під дією зменшених ударних навантажень кінці сегментів жолобчатої форми профілю у вузлах піддатливості арки зрушуються в межах конструктивної піддатливості вузлів, площа поперечного перерізу виробки зменшується на заплановану величину і кріплення забезпечує зменшення частоти заміни зруйнованих арок і підвищення стійкості виробки. Порода підошви виробки, яка проведена у важких гірничогеологічних та виробничих умовах, на великій глибині розробки раптово піднімається під дією гірничого тиску. Раптове підняття породи підошви виробки можливо ототожнити з процесом удару падаючого блока по гострим клинам компенсатора. При взаємодії породи підошви з клинами компенсаторів ударного і статичного навантаження, закріпленими на лежні 4, жолобчатої форми профілю, порода руйнується і під дією гірничого тиску/видавлюється у виробку, Фіг.1. Зруйновану клинами компенсаторів породу можливо навантажувати на засоби транспорту без додаткового її руйнування вибуховими роботами або відбійним молотком. На окремих ділянках виробки, яку проводять у важких гірничо-геологічних та виробничих умовах, вивалів породи у виробку може не бути. В цих випадках закріпний породний масив, після зрушення на величину, рівну глибині закріпних порожнеч, взаємодіє з гострими торцями 21, 20, 19, 17, 18 компенсаторів ударних і статичних навантажень 8, закріплених на сегментах 1, 2 ,4 жолобчатої форми профілю, арки, Фіг.4. Під загостреними торцями клинів напруга в породі зростає, перевищує міцність на розколювання і порода руйнується. Частини зруйнованого породного масиву по жолобам закріпної огорожі переміщуються під дією своєї ваги і скупчуються на підошві виробки, Фіг.2. Руйнування закріпного породного масиву клинами компенсаторів ударного і статичного навантаження забезпечує зменшення статичного навантаження на кріплення. При зменшеному статичному навантаженні на арку кінці сегментів жолобчатої форми профілю, у вузлах піддатливості не зрушуються або зрушуються на величину, меншу конструктивної піддатливості вузлів, що і забезпечує зменшення частоти заміни кріплення і підвищення стійкості виробки. При подальшому зрушенні породного масиву його взаємодія з гострими торцями клинів компенсаторів ударного і статичного навантаження і руйнування породи за кріпленням повторюється. Застосування розробленої корисної моделі дозволяє зменшити частоту заміни зруйнованого кріплення та підвищити стійкість виробки. Компенсатори ударних і статичних навантажень та руйнування породи за кріпленням виробки можливо встановлювати на арках, сегменти яких виготовлені із жолобчатого, лоткового або іншої форми профілів, широке днище яких спрямоване у бік породного масиву Послідовність закріплення компенсаторів ударних і статичних навантажень та руйнування породи за кріпленням виробки визначається паспортом проведення і 9 кріплення виробки. Призма компенсатора ударних і статичних навантажень та руйнування породи за 47451 10 кріпленням виробки виготовляється окремими частинами довжиною 0,3-0,4м із сталевої смуги. 11 Комп’ютерна верстка О. Рябко 47451 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601