Профіль для рамного кріплення підземних виробок

Реферат: UA 76798 U UA 76798 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої галузі та підземного будівництва і її слід використовувати для виготовлення рамного кріплення гірничих виробок та підземних об'єктів. Відомі спеціальні жолобчасті профілі прокату типу СВП (спеціальний взаємозамінний профіль) з гарячекатаної сталі марки Ст.5 або низьколегованих 20Г2АФ, 36Г2С шести типорозмірів: 14, 17, 19, 22, 27 і 33 кг/м, які застосовують для виготовлення металевих кріплень гірничих виробок [Каретников В.Н. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник / В. Н. Каретников, В.Б. Нуждихин, А.Г. Клейменов. - М.: Недра, 1989. С. 23-27]. Основними недоліками цього профілю є: відкрита форма, втрата місцевої стійкості при стискаючих навантаженнях, нерівномірний розподіл напружень по перетину, інтенсивне руйнування профілю від корозії, оскільки він є відкритим і незамкнутим, з відносно тонкими стінками. Для часткового усунення зазначених недоліків було запропоновано використовувати інші профілі з криволінійними стінками і посиленим днищем - дзвоновидні і лоткові у Німеччині [Гетце В. Крепь горизонтальных выработок / В. Гетце, Ю. Крає // Глюкауф. - 1981. - № 18. - С. 29-34.] і гнуті профілі з жолобами в Росії [Патент РФ № 2081329, E21D11/18, E21D11/14 від 10.06.1997]. Недоліки цих профілів, як і попередніх - втрата місцевої стійкості стінок відкритого профілю при стисканні, що значно знижує несучу спроможність профілю, а також складність виготовлення і відносно низьке значення коефіцієнта конструктивної якості, що веде до перевитрат металопрокату. Відомий профіль для рамного кріплення, де з метою зниження матеріаломісткості кріплення при збереженні його несучої здатності запропоновано рішення, яке передбачає зміну геометричної конфігурації спецпрофілю за рахунок зменшення висоти профілю, що зменшує тим самим виїмку додаткового обсягу гірської маси [Патент РФ № 2191902, E21D 11/14 від 27.10.2002]. Однак такий профіль не позбавлено основних недоліків, зазначених вище, крім того, він має значно нижчий коефіцієнт конструктивної якості. Відомий розроблений в ДонУГІ профіль для кріплення гірничих виробок типу КГВ. Цей профіль має конфігурацію, подібну профілю СВП, але перевершує його (приблизно на 2 15 %) з опору в податливому режимі, [Зигель Ф.С. Арочные крепи из новых профилей проката /Ф.С. Зигель, В.Ф. Компанией // Уголь Украины. - 1992. - № 10. - С. 59-61.]. Недоліки цього профілю такі ж, які вказано вище, крім того, він значно складніший при виготовлені і повторному використанні. Крім зазначених спеціальних шахтних профілів прокату при виготовленні сталевих рамних кріплень застосовували в менших обсягах профілі прокату загального призначення -двотаврові балки, швелери, рейки [Гелескул М.Н. Справочник по креплению горных выработок / М.Н. Гелескул, В.Н. Хорин, Е.С. Киселев, Н.П. Бушуев. - М.: Недра, 1972. - С. 44-57]. Поряд з недоліками, притаманними відомим профілям СВП, ці профілі не технологічні у монтажі, погано піддаються вигинанню при виготовлені кріплення, а для забезпечення піддатливості кріплень з таких профілів необхідні вузли особливої конструкції, які не випускаються промислово і т. д. Найбільш близьким за технічною суттю та ефектом, що досягається, є шахтний профіль СВПУ (спеціальний взаємозамінний профіль уніфікований), що складається з прокатної сталі у вигляді несучого перетину, симетрично встановленого щодо прикладеного навантаження; з полицями, що сприймають згинальний момент і заданими співвідношеннями між моментами опору по осях симетрії, що відрізняється підвищеним опором крученню і вигину в площині кріплення [Каретников В.Н. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник / В. Н. Каретников, В.Б. Нуждихин, А.Г. Клейменов. - М.: Недра, 1989. - С. 423-436]. Однак слід зазначити, що основні недоліки, притаманні таким профілям, залишились: так, при деформації часто розходяться бокові стінки профілю, що веде до втрати її несучої спроможності. Крім того, концентрація дотичних напружень в місцях сполучення стінок з днищем сприяє відриву днища і руйнуванню профілю, а коливання розмірів профілю навіть в межах допусків істотно змінює умови взаємного ковзання профілів в податливих з'єднаннях кріплення, що призводить до заклинювань або спаду зусиль в з'єднаннях. Слід відзначити швидке руйнування профілю від корозії, оскільки він є відкритим і незамкнутим, з відносно тонкими стінками з усіх відкритих поверхонь. Задачею корисної моделі є розробка такого профілю для рамного кріплення, який завдяки своїй формі і перерозподілу матеріалу в його площині має закриту форму, значно підвищену 1 UA 76798 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 стійкість до корозії, нові, більш сприятливі умови сполучення дотичних профілів елементів кріплення, зменшену витрату металу на одиницю несучої спроможності. Поставлена задача вирішується тим, що профіль для рамного кріплення підземних виробок, що складається з прокатної сталі у вигляді несучого перетину, симетрично встановленого щодо прикладеного навантаження, з полиць, що сприймають згинальний момент, і заданими співвідношеннями між моментами опору по осях симетрії, згідно з корисною моделлю, виконаний замкнутого прямокутного несучого перетину, у якому момент опору відносно горизонтальної осі не менше моменту опору відносно вертикальної осі. Доцільно щоб верхня і нижня полиці були виконані потовщеними в порівнянні зі стінками профілю, а на нейтральній осі виконано тампонажний отвір, який закрито пробкою, а поперечний переріз профілю виконати з співвідношенням між моментами опору W x, W y відносно осей симетрії р = W x / W y в пропорції від р = 2 до р = 1. Крім того доцільно, щоб порожнина перетину профілю була заповнена матеріалом, що твердіє. Конструкцію профілю показано на фіг. 1-3. На фіг. 1 дано поперечний переріз профілю, на фіг. 2 - те ж саме з заповненням профілю матеріалом, що твердіє, на фіг. 3 - вид зверху. Профіль складається з замкнутого прямокутного несучого перетину 1, нижньої та верхньої полиць 2, стінок 3, в одній з яких виконано тампонажний отвір 4 з пробкою 5 для заповнення профілю матеріалом 6, що твердіє. Отвір 4 розташовано на нейтральній осі профілю 7. Верхня та нижня полиці 2 профілю виконані потовщеними. Завдяки тому, що профіль виконано замкнутого прямокутного перетину, значно збільшується його несуча спроможність, загальна та місцева стійкість. Особливості геометрії поперечного перетину запропонованого профілю та можливості сполучення елементів між собою забезпечують уникнення істотного недоліку відомих раніше профілів - концентрації дотичних напружень в місцях сполучення стінок з днищем, що нерідко призводить до відриву днища профілю СВП і руйнуванню кріплення. Оскільки верхня та нижня полиці профілю виконані потовщеними, момент опору перетину відносно горизонтальної осі завжди буде вищим, ніж відносно вертикальної. Це дає змогу зменшити висоту профілю при збереженні його несучої здатності, що забезпечить зниження об'ємів виймання порід при проведенні виробок, затрат праці та коштів, підвищення продуктивності праці та швидкості проведення гірничих виробок. Завдяки тому, що поперечний переріз профілю виконано з моментами опору відносно осей симетрії х, у в пропорції від р = 2 до нижнього рівня р = 1, забезпечується достатня стійкість профілю до крутильних моментів і підвищений опір вигинним моментам. При пропорції більше ніж р = 2 значно зменшується просторова стійкість профілю за рахунок локальної втрати стійкості, а при пропорції менше ніж р = 1 втрачається несуча спроможність профілю при роботі на згинання, що робить профіль не оптимальним при використанні для кріплення підземних виробок. Чим менше кривизна елемента кріплення, тим більше до пропорції р = 2 слід вибирати профіль. Якщо кривизна відсутня, то слід вибирати профіль з пропорцією р = 2. Завдяки тому, що в стінці профілю 3 на нейтральній осі 7 виконано тампонажний отвір 4, профіль може бути заповнений матеріалом 6, що твердіє (наприклад глинисто-піщаним, цементно-піщаним розчином, бетоном т.і.) (див. фіг. 2), що суттєво підвищить несучу здатність і стійкість запропонованого замкнутого прямокутного профілю, крім того, дозволить істотно знизити корозію через неможливість доступу кисню у внутрішню порожнину профілю. Заміна спецпрофілю СВП профілем прокату прямокутного перетину дозволяє досягнути значної економії металу, в середньому більше, ніж 30-40 %. Таким чином, пристрій, що пропонується, усуває більшість недоліків, притаманних відомим профілям, які застосовуються в даний час для виготовлення рамних кріплень, що вирішує поставлену задачу і дозволяє досягнути значної економії металу при кріпленні. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Профіль для рамного кріплення підземних виробок, що складається з прокатної сталі у вигляді несучого перетину, симетрично встановленого щодо прикладеного навантаження, з полиць, що сприймають згинальний момент, і заданими співвідношеннями між моментами опору по осях симетрії, який відрізняється тим, що його виконано у вигляді замкнутого прямокутного несучого перетину, у якому момент опору відносно горизонтальної осі не менше моменту опору відносно вертикальної осі. 2. Профіль для рамного кріплення підземних виробок за п. 1, який відрізняється тим, що верхня і нижня полиці виконані потовщеними в порівнянні зі стінками профілю, на нейтральній 2 UA 76798 U 5 осі виконано тампонажний отвір, який закрито пробкою, а поперечний переріз профілю виконано з співвідношенням між моментами опору W x, W y відносно осей симетрії p = W x / W y в пропорції від р = 2 до р = 1. 3. Профіль для рамного кріплення підземних виробок за п. 1, який відрізняється тим, що порожнина перетину профілю заповнена матеріалом, що твердіє. 3 UA 76798 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4