Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе

Реферат: Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе складається з несучих елементів коробчастого профілю, шарнірних вузлів їх сполучення, анкерів та міжрамних стяжок. Крім цього, вузли виконано рознімними, з двох обойм і труби-шарніра, встановленої між ними, обойми з'єднані під заданим кутом планкою і в них вставлені несучі елементи, що сполучаються, причому трубашарнір жорстко закріплена на однієї з обойм, а з іншою обоймою контактує своєю поверхнею через сегментну вставку, яка жорстко з нею з'єднана. UA 100611 U (12) UA 100611 U UA 100611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої галузі та підземного будівництва і його слід використовувати для кріплення гірничих виробок та підземних об'єктів, особливо в умовах високого гірського тиску. Відоме рамно-анкерне кріплення, яке включає піддатливу раму та анкери, що з'єднані між собою за допомогою планки та встановлені в рамно-анкерному кріпленні з можливістю схрещення під кутом 40-70° до породної поверхні [Патент України N 62682, E21D 21/00, від 12.09.2011]. Основними недоліками цього кріплення є неузгоджена робота анкерного та аркового кріплення, оскільки рамне кріплення являє собою піддатливу конструкцію, а анкери використовують, як правило, жорсткі; обмежена піддатливість арки; складна технологія виготовлення та монтажу кріплення. Для забезпечення щільного контакту між планкою та гайкою при встановленні анкерів використовують фігурну шайбу, яка повинна мати складну конфігурацію, щоб точно відповідати куту нахилу кожного анкеру. Це ускладнює виготовлення елементів кріплення та його встановлення у гірничій виробці. Відоме комбіноване кріплення гірничих виробок, яке, для узгодження режимів роботи анкерів та рамного кріплення, оснащено опорними нерухомими сегментами, притискними пристроями, та рухомими сегментами. Анкери встановлюють попарно з боків спецпрофілю через фігурну скобу притискних пристроїв, а на торцях рухомих сегментів закріплюють скоби, які охоплюють полиці обох спецпрофілів [Патент України N 63520, E21D11/14, від 10.10.2011]. Недоліками цього кріплення є значна трудомісткість його виготовлення і технології монтажу; невиправдано велика кількість складних у виготовленні елементів кріплення, що обумовлює низьку швидкість зведення кріплення у виробці, підвищену його вартість та трудомісткість, а також великі витрати металопрокату. Найбільш близьким за технічною суттю та ефектом, що досягається, є кріплення рамне із коробчастого профілю [Патент України N 79033, E21D 11/14, від 10.04.2013]. Несучий профіль кріплення виконано прямокутного поперечного перерізу, а сполучення верхняка зі стояками передбачено шарнірне. Завдяки цьому збільшується несуча спроможність кріплення, загальна та місцева стійкість, досягається значна економія металу. Недоліками цієї конструкції слід вважати: жорсткий режим роботи кріплення, що виключає можливість його застосування у підготовчих виробках; недостатня несуча спроможність верхняка у порівнянні зі стояками; кріплення може бути використано лише для прямокутної форми поперечного перерізу виробки. Технічною задачею корисної моделі є створення такого рамно-анкерного шарнірнопіддатливого кріплення, яке, завдяки конструкції несучої рами, особливостям шарнірного сполучення несучих елементів та їх взаємодії з анкерами, а також клиновому розкріпленню в породу, має велику несучу спроможність, зручну та швидку технологію зведення кріплення у виробці, зменшену металоємність, трудомісткість і вартість. Поставлена задача вирішується тим, що у кріпленні рамно-анкерному шарнірнопіддатливому, що складається з несучих елементів коробчастого профілю, шарнірних вузлів їх сполучення, анкерів та міжрамних стяжок, згідно корисної моделі, вузли виконано рознімними, з двох обойм і труби-шарніра, встановленої між ними, обойми з'єднані під заданим кутом планкою і в них вставлені несучі елементи, що сполучаються, причому труба-шарнір жорстко закріплена на однієї з обойм, а з іншою обоймою контактує своєю поверхнею через сегментну вставку, яка жорстко з нею з'єднана. Доцільно, щоб труба-шарнір, сегментна вставка та планка мали радіальні співвісні прорізи, крізь які через шарнірний вузол може бути встановлений анкер. При цьому доцільно, щоб шарнірний вузол з боку масиву порід було постачено нерухомо закріпленими на обоймах відрізками швелерної форми, в які встановлено заклинки кріплення. Крім того доцільно, щоб кінець стояка кріплення було постачено обоймою з клиновим елементом, який взаємодіє з опорним клином, встановленим на підошву виробки. Доцільно раму кріплення оснастити міжрамними стяжками у вигляді труби з клиновими фіксаторами на її кінцях, кожен з яких проходить крізь трубу-шарнір та обмежує взаємні переміщення сусідніх рам. Загальний вигляд кріплення рамно-анкерного шарнірно-піддатливого з коробчастого профілю полігонального перетину показано на фіг. 1-3, (фіг. 1 - кріплення без анкерів, фіг. 2 - з анкерами у верхніх шарнірних вузлах, фіг. 3 - з анкерами у всіх шарнірних вузлах кріплення), шарнірний вузол з'єднання несучих елементів кріплення - на фіг. 4, 5, конструкцію нижньої частини стояка кріплення - на фіг. 6, на фіг. 7 представлено загальний вигляд міжрамної стяжки. Кріплення являє собою раму, яка складається з несучих елементів з коробчастого профілю 1, що сполучаються між собою за допомогою рознімних шарнірних вузлів (вузол А або вузол Б). 1 UA 100611 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Кінці несучих елементів кріплення 1 вставлені у обойми 2, між якими розміщено трубушарнір 3, жорстко з'єднану з однією з обойм 2 та відрізком швелерної форми 4, в який встановлено заклинок кріплення 5. Труба-шарнір З контактує своєю поверхнею з сегментною вставкою 6, внутрішній діаметр якої дорівнює зовнішньому діаметру труби-шарніра 3. Сегментна вставка 6, обойма 2 та відрізок швелерної форми 4 з встановленим в ньому заклинком 5 жорстко з'єднані між собою. Обойми 2 з'єднані між собою під заданим кутом за допомогою планки 7. Труба-шарнір 3, сегментна вставка 6 та планка 7 мають радіальні співвісні прорізи, крізь які через шарнірний вузол встановлено анкер 8. Кінець стояка кріплення постачено обоймою 2 з клиновим елементом 9, який взаємодіє по поверхні тертя з опорним клином 10, встановленим на підошву виробки. Сусідні рами кріплення з'єднані між собою за допомогою міжрамних стяжок 11 у вигляді труби з клиновими фіксаторами на її кінцях 12. Міжрамна стяжка 11 впирається своїм торцем у обойму 2 та торець труби-шарніра 3, при цьому клиновий фіксатор 12 проходить крізь трубушарнір 3 та закріпляє міжрамну стяжку на рамі кріплення. Стояки кріплення постачені вузлами піддатливості 13. Особливості роботи кріплення полягають у наступному. Після зведення кріплення у виробці на нього поступово починає діяти зовнішнє навантаження, яке зумовлено гірським тиском. При цьому, завдяки тому, що у шарнірних вузлах кріплення встановлено заклинки 5, забезпечується дія зовнішнього навантаження головним чином на шарнірні вузли, що зумовлює відсутність згинальних моментів у несучих елементах. Крім того, цьому сприяє форма кріплення, яка може бути прийнята різною залежно від гірничо-геологічних умов, кутів падіння порід, тощо. За рахунок зміни довжини елементів кріплення, кутів сполучення несучих елементів між собою та місць розташування шарнірів і вузлів піддатливості проектується найбільш доцільна конфігурація кріплення для забезпечення розподілу навантажень виключно через заклинки на шарнірні вузли, при цьому досягається узгодження напряму максимальних зміщень контуру виробки з оптимальним напрямом роботи вузлів піддатливості. На першому етапі, коли зовнішні навантаження не перевищують опору вузлів піддатливості, кріплення працює як пружна конструкція. Коли зусилля в у вузлах піддатливості стануть більше граничного значення, кріплення починає реалізовувати піддатливий режим взаємодії з масивом порід. Ця стадія закінчується при вичерпанні можливості подальшого деформування елементів у вузлах піддатливості і кріплення переходить у жорсткий режим роботи. Оскільки конструкція кріплення забезпечує відсутність згинальних та крутильних моментів у несучих елементах, а також завдяки тому, що шарнірні вузли кріплення рознімні, після погашення гірничої виробки та демонтажу кріплення несучі елементі можна повторно використовувати, що значно здешевлює вартість кріплення. Завдяки тому, що всі несучі елементи кріплення прямолінійні, зменшуються витрати на виготовлення цих елементів порівняно з елементами широко розповсюдженого аркового кріплення. За рахунок зміни довжини окремих елементів форма і розміри кріплення можуть бути змінені залежно від конкретних гірничо-геологічних умов, а використання рознімних шарнірних вузлів сполучення несучих елементів забезпечує зручне зведення та демонтаж кріплення без необхідності використання різьбових сполучень. Універсальна конструкція шарнірних вузлів сполучення несучих елементів з радіальними співвісними прорізами труби-шарніра 3, сегментної вставки 6 та планки 7 дозволяє встановлювати кріплення без анкерів (фіг. 1) або з анкерами (фіг. 2, 3) залежно від проявів гірського тиску та зміщень породного контуру. Оскільки вузли сполучення несучих елементів кріплення виконано шарнірними, а конструкція шарнірного вузла забезпечує центральну передачу нормальних зусиль вздовж кожного несучого елементу, то згинальні моменти у всіх несучих елементах будуть відсутні. Це дає можливість значно (у 4-5 разів) скоротити витрати металопрокату. Наявність у шарнірних вузлах зі сторони масиву відрізків швелерної форми 4 з встановленими в них заклинками кріплення 5 забезпечує геометричну незмінність конструкції при її зведенні у виробці та експлуатації. Використання у шарнірних вузлах обойм 2, в які вставлені кінці несучих елементів 1, значно прискорює і полегшує монтаж шарнірних вузлів, оскільки нема потреби використання болтових з'єднань для монтажу кріплення. Шарнірний вузол може бути швидко змонтованим при кріпленні, оскільки він повністю виготовлений та зібраний заздалегідь. При цьому планка 7 сполучає дві обойми 2 між собою під заздалегідь заданим кутом, а взаємний поворот обойм 2 відбувається по поверхнях труби-шарніра 3 і сегментної вставки 6, які жорстко закріплені на обоймах 2, що близько до ідеального шарніра. 2 UA 100611 U 5 10 15 20 25 30 Оскільки рама кріплення та анкери 8 з'єднані у єдину вантажонесучу конструкцію, досягається синергічний ефект і загальна її несуча спроможність буде значно більша суми несучих спроможностей окремих конструкцій (рами та анкерів). Крім того, оскільки анкер 8 встановлено у шарнірному вузлі так, що він перетинає нейтральну ось несучих елементів 1, усувається шкідлива ексцентричність зовнішнього навантаження на кріплення та можливість виникнення крутильних моментів, що можуть призвести до руйнування кріплення від крутіння при втраті його повздовжньої стійкості. Завдяки тому, що кінець стояка кріплення постачено обоймою 2 з клиновим елементом 9, який взаємодіє з опорним клином 10, встановленим на підошву виробки, при зведенні кріплення досягається регулювання зазорів між кріпленням і породним масивом та його попередній розпір в бокові породи шляхом переміщення опорного клина 10 відносно клинового елемента 9. Оскільки раму кріплення постачено міжрамними стяжками у вигляді труби з клиновими фіксаторами 12 на її кінцях, кожен з яких проходить крізь трубу-шарнір 3 та фіксує міжрамну стяжку у шарнірних вузлах сусідніх рам, забезпечується надійне сполучення сусідніх рам та усувається можливість пошкодження кріплення при веденні вибухових робіт. Конструкція міжрамної стяжки, яка не передбачає болтових з'єднань її з рамами кріплення, дозволяє швидко та надійно сполучити сусідні рами. При встановленні анкерів потреба в міжрамних стяжках відпадає. Виконані розрахунки запропонованої конструкції кріплення дозволяють стверджувати, що для забезпечення його стійкості і високої несучої спроможності немає нагальної потреби виконувати забутовування закріпного простору виробки, а необхідно лише встановити заклинки 5 у шарнірних вузлах зі сторони масиву порід. Це дозволяє значно скоротити трудомісткість та підвищити швидкість спорудження виробки. Завдяки тому, що кріплення має вузли піддатливості 13, встановлені на стояках, забезпечено піддатливий режим роботи та можливість застосування кріплення у підготовчих виробках з інтенсивними проявами гірського тиску. Таким чином, запропоноване рамно-анкерне шарнірно-піддатливе кріплення вирішує поставлену технічну задачу і дозволяє значно підвищити несучу спроможність, надійність та зручність сполучення елементів, забезпечує зручність і високу швидкість монтажу у виробці при зниженні металоємності (у 3-5 разів) і вартості кріплення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 1. Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе, що складається з несучих елементів коробчастого профілю, шарнірних вузлів їх сполучення, анкерів та міжрамних стяжок, яке відрізняється тим, що вузли виконано рознімними, з двох обойм і труби-шарніра, встановленої між ними, обойми з'єднані під заданим кутом планкою і в них вставлені несучі елементи, що сполучаються, причому труба-шарнір жорстко закріплена на одній з обойм, а з іншою обоймою контактує своєю поверхнею через сегментну вставку, яка жорстко з нею з'єднана. 2. Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе за п. 1, яке відрізняється тим, що трубашарнір, сегментна вставка та планка мають радіальні співвісні прорізи, крізь які через шарнірний вузол встановлено анкер. 3. Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе за п. 1, яке відрізняється тим, що шарнірний вузол оснащено з боку масиву порід нерухомо закріпленими на обоймах відрізками швелерної форми, в які встановлено заклинки кріплення. 4. Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе за п. 1, яке відрізняється тим, що кінець стояка кріплення оснащено обоймою з клиновим елементом, який взаємодіє з опорним клином, встановленим на підошву виробки. 5. Кріплення рамно-анкерне шарнірно-піддатливе за п. 1, яке відрізняється тим, що раму кріплення оснащено міжрамними стяжками у вигляді труби з клиновими фіксаторами на її кінцях, кожен з яких проходить крізь трубу-шарнір та фіксує міжрамну стяжку у шарнірних вузлах сусідніх рам. 3 UA 100611 U 4 UA 100611 U 5 UA 100611 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6