Аркове піддатливе кріплення

Реферат: UA 118973 U UA 118973 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої промисловості і може бути використана для кріплення гірничих виробок в різних гірничо-геологічних умовах. Найближчим аналогом до корисної моделі є металеве аркове піддатливе кріплення, виконане у вигляді аркової рами, що складається з криволінійних верхняка і стійок, виготовлених з металевого шахтного спецпрофілю і сполучених між собою вузлами піддатливості, утвореними зв'язаними внапусток кінцевими частинами верхняка і стійок, і скріпленими між собою замками, при цьому, стійки і зв'язані з ними кінцеві частини верхняка рами обкреслені дугами однакової кривизни, у яких радіуси кривизни рівні 0,8-1,2 ширини рами у підошві, а їх центри розташовані в площині підошви рами, а середня частина верхняка обкреслена дугою, радіус кривизни якої вибраний меншим, ніж радіуси кривизни дуг його кінцевих частин, і дорівнює: R2=А-0,5•А•tg, де: А - ширина у підошві, м:  - кут між площиною підошви рами і прямою, що проходить через центр радіуса кривизни стійки (або зв'язаної з ним кінцевої частини верхняка) і точкою сполучення дуг різних радіусів кривизни верхняка; =35-55°, а його центр розташований в площині симетрії рами. Недоліком найближчого аналога є розташування центрів радіусів кривизни стійок в площині підошви рами. В процесі утворення навколо контуру виробки зони непружних деформацій відбувається всебічне обтиснення кріплення гірничим тиском. Проміжок часу, протягом якого гірничий тиск поступово зростає, є періодом первинного тиску: проміжок часу, протягом якого величина гірничого тиску для даних умов залишається постійною, є періодом вторинного або усталеного тиску. Для слабких порід, як наприклад, в Західному Донбасі, період первинного тиску коротший, а величина первинного тиску значна у порівнянні з періодом вторинного або усталеного тиску. Тому після установки такої рами кріплення на ґрунт виробки, відбувається всебічне обтиснення кріплення гірничим тиском, зусилля від якого концентрується на торцях стійок рами кріплення, вдавлюючи стійки в ґрунт. При цьому, вектор зусилля вдавлювання Fh, стійок має вертикальний напрям по відношенню до ґрунту виробки, тому що він є дотичним до радіусу кривизни стійки з центром в площині підошви виробки, тобто перпендикулярний до останньої, і у цьому випадку F h=Fv. (Фіг. 3). Вдавлювання відбувається з максимально можливим зусиллям під дією гірничого тиску, і стійка аркового піддатливого кріплення в більш короткий період первинного тиску заглиблюється в ґрунт виробки максимально. Таким чином, конструкція аркового піддатливого кріплення найближчого аналога не враховує різницю дії гірничого тиску в період первинного і вторинного або усталеного тиску та сприяє поглибленню стійок в період первинного тиску, коли гірничий тиск на раму кріплення максимальний. В основу корисної моделі поставлена задача - збільшити період безремонтної підтримки виробки. В результаті вирішення завдання буде отримано технічний результат, який полягає у зменшенні тиску рами аркового піддатливого кріплення на ґрунт виробки в період первинного гірничого тиску, та споживчі властивості - збереження розмірів виробки у перетині більш тривалий час. Поставлена задача вирішується тим, що аркове піддатливе кріплення у вигляді рами складається з криволінійних верхняка (2), виконаного дворадіусним, та стійок (3), виконаних однорадіусними, з'єднаних між собою вузлами піддатливості, утвореними сполученими внапуск і скріпленими замками (4) кінцевими частинами верхняка (2) і стійок (3), при цьому, кінцеві частини (L2) верхняка (2) симетричні і виконані однакового зі стійками (3) радіусу (R1), центри (О1) якого кінцевих частин (L2) верхняка (2) розташовані в одній площині (5), а стійок (3) в паралельній їй площині (6), величину якого вибирають із залежності: R 1=(0,81,2)А, де А ширина рами кріплення в площині підошви (1), середня частина (L3) верхняка (2) виконана радіусом (R2) меншим, ніж радіус (R1) його кінцевих частин, при цьому, центр радіуса (О 2) середньої частини (L3) верхняка (2) розташований в площині симетрії рами, а величина радіусу визначається за формулою: R2=А-0,5•А•tg, де  - кут між площиною розташування центрів (О1) радіусів (R1) кінцевих частин (L2) верхняка (2), і прямою, що проходить через будь-який з цих центрів (О1) і відповідну точку сполучення середньої (L3) і кінцевої частини (L2) верхняка (2), величину якого вибирають з меж: 35°55°, згідно з корисною моделлю, площина (5) розташування центрів (О1) радіусів (R1) кінцевих частин (L2) верхняка (2),виконати паралельно площині підошви (1) рами і розташувати вище останньої на відстані, яка визначається за формулою: h=Н•k, де Н - висота рами кріплення, k - коефіцієнт оптимізації, який вибирають з меж: 0,01k0,1. Вибір значення коефіцієнту оптимізації для першого варіанта в межах 0,010,1 є оптимальним і підтверджений дослідним шляхом. Вибір значення коефіцієнта k0,1 збільшує опір кріплення гірничому тиску, але також зменшує перетин виробки. Зміщення площини (5) розташування центрів (О1), радіусів (R1) кінцевих частин (L2) верхняка (2), паралельно площині підошви (1) рами кріплення, вище від неї, виключає можливість виникнення максимальних за значенням в період первинного гірничого тиску вертикальних зусиль, які виникають від дії гірничого тиску на контурі рами кріплення і максимальні за значенням, що концентруються на торцях стійок і вдавлюють раму кріплення в ґрунт. У заявлених варіантах технічного рішення в площині дотику стійок (3) кріплення з ґрунтом вектор зусилля вдавлювання Fh відразу після установки рами кріплення вже направлений під кутом до площини ґрунту виробки і розкладається на складові: горизонтальну F r і вертикальну Fv (Фіг. 3), таким чином, зменшуючи величину вертикальної складової зусилля вдавлювання F h стійок (3) аркового піддатливого кріплення в ґрунт. В результаті інтенсивність вдавлювання стійок (3) зменшується, а відповідно й опускання рами кріплення і зменшення розмірів виробки в перетині в період первинного тиску теж. Таким чином, введення нових істотних ознак в конструкцію аркового піддатливого кріплення, що заявляється, дозволяє досягти заявлений технічний результат - зменшити тиск кріплення на ґрунт виробки в період дії первинного гірничого тиску. Досягнення заявленого технічного результату разом з відомими істотними ознаками аркового піддатливого кріплення, забезпечує споживчі властивості - збереження його розмірів у перетині більш тривалий час, і вирішує завдання по збільшенню періоду безремонтного підтримання виробки. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображено загальний вигляд рами аркового піддатливого кріплення; Фіг. 2 зображено напрямок векторів сил вдавлювання стійок рами аркового піддатливого кріплення в ґрунт виробки в найближчому аналогові; Фіг. 3 зображено напрямок векторів сил вдавлювання стійок рами аркового піддатливого кріплення в ґрунт виробки в технічному рішенні, що заявляється. 1 - площина підошви; 2 - верхняк; 3 - стійка; 4 - замок; 5 - площина розміщення центрів О1 радіуса R1 кінцевих частин верхняка (2); 6 - площина розміщення центрів О3 радіуса R1 стійок (3); О1 - центр радіуса R1 кінцевої частини верхняка (2); О2 - центр радіуса R2 середньої частини верхняка (2); О3 - центр радіуса R1 стійки (3): R1 - радіус кінцевих частин (L2) верхняка (2) і радіус стійок (3); R2 - радіус середньої частини (L3) верхняка (2); L1 - дуга стійки (3); L2 - кінцева частина верхняка (2); L3 - середня частина верхняка (2); H - висота рами кріплення; А - ширина рами кріплення в площині підошви (1); h - відстань до площини (5) розміщення центрів (О 1) радіуса R1 кінцевої частини верхняка (2) від площини підошви рами (1); Fh - вектор зусилля вдавлювання кріплення; Fr - горизонтальна складова вектора Fh зусилля вдавлювання кріплення; Fv - вертикальна складова вектора Fh, зусилля вдавлювання кріплення. Аркове піддатливе кріплення (Фіг. 1) зводять загальновідомим способом послідовно кожну раму. Спочатку по черзі встановлюють дві стійки (3), виконані на всю довжину дугою (L1) радіуса (R1), наприклад, в ґрунт виробки або в опорні плити. Потім стійки (3) фіксують, наприклад, скріплюють з аналогічними стійками раніше встановленої рами кріплення. Такого ж радіусу (R 1), яким виконані стійки (3), виконують кінцеві частини (L2) верхняка (2). Зважаючи на це, центри (О1) радіусів (R1) кінців верхняка (2) утворюють одну площину (5), а центри (О 3) радіусів (R1) стійок (3) іншу площину (6), паралельну їй. Далі проводять монтаж верхняка (2). Для цього кінцеві частини (L2) верхняка (2) з двох сторін внапуск зверху сполучають з кінцями стійок (3), величиною напуску, приблизно, 400 мм, утворюючи вузол піддатливості, та з'єднують замками (4), які затягують зусиллям, що забезпечує проектну величину тертя ковзання у вузлах піддатливості рами кріплення при осіданні верхняка (2) під тиском, що діє з боку навколишнього гірничого масиву. Відразу після установки рами аркового піддатливого кріплення (Фіг. 1), тобто в період первинного тиску, по контуру зони непружних деформацій гірничої виробки відбувається 2 UA 118973 U 5 10 15 всебічне обтиснення кріплення гірничим тиском, зусилля від якого концентрується на торцях стійок (3) рами кріплення в площині підошви (1), вдавлюючи стійки (3) в ґрунт. При цьому, вектор зусилля вдавлювання Fh, будучи дотичним до дуги (L1) радіусу (R1) з центром (О3) стійки (3), розташованим вище площини підошви (1) рами аркового піддатливого кріплення, відразу після установки рами вже направлений під кутом до площини підошви (1) виробки і розкладається на складові: горизонтальну Fr і вертикальну Fv (Фіг. 3), таким чином, зменшуючи вертикальну складову зусилля вдавлювання стійок (3) кріплення в ґрунт. В результаті вдавлювання стійок (3) в ґрунт виробки зменшується, і технічне рішення, що заявляється, разом з роботою вузлів піддатливості аркового кріплення вирішує задачу по збільшенню періоду безремонтної підтримки виробки за рахунок збереження її розмірів у перетині більш тривалий термін. Аркове піддатливе кріплення, що заявляється, може бути виготовлено в умовах промислового виробництва з використанням стандартного устаткування, сучасних металевих спецпрофілів і відомих технологій на підприємствах гірничого машинобудування. Джерело інформації: 1. Патент України № 61034, пріоритет від 18.11.2010, опубл. бюл. № 13, 2011 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Аркове піддатливе кріплення у вигляді рами, що складається з криволінійних верхняка, виконаного дворадіусним, та стійок, виконаних однорадіусними, з'єднаних між собою вузлами піддатливості, утвореними сполученими внапуск і скріпленими замками кінцевими частинами верхняка і стійок, при цьому кінцеві частини верхняка симетричні і виконані однакового зі стійками радіуса, центри якого кінцевих частин верхняка розташовані в одній площині, а стійок в паралельній їй площині, величину якого вибирають із залежності: R1=(0,81,2)А, де А - ширина рами кріплення в площині підошви, середня частина верхняка виконана радіусом, меншим, ніж радіус його кінцевих частин, при цьому, центр радіуса середньої частини верхняка розташований в площині симетрії рами, а величина радіуса визначається за формулою: R2=А-0,5•А•tg, де  - кут між площиною розташування центрів радіусів кінцевих частин верхняка і прямою, що проходить через будь-який з цих центрів і відповідну точку сполучення середньої і кінцевої частини верхняка, величину якого вибирають з меж: 35°55°, яке відрізняється тим, що площина розташування центрів радіусів кінцевих частин верхняка виконана паралельно площині підошви рами і розташована вище останньої на відстані, яка визначається за формулою: h=Н•k, де Н - висота рами кріплення, k - коефіцієнт оптимізації, який вибирають з меж: 0,01k0,1. 3 UA 118973 U 4 UA 118973 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5