Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю

Реферат: Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю складається з несучих елементів у вигляді двох стояків та двоелементного розрізного верхняка з коробчастого профілю, анкера, з'єднаного з верхняком, вузлів піддатливості та міжрамних стяжок. Для підвищення несучої спроможності рами, надійності сполучення її елементів, швидкості зведення у виробці та зниження трудомісткості, металоємності кріплення сполучення елементів верхняка з анкером виконано за допомогою внутрішньої та зовнішньою обойм з коробчастого профілю, які насаджені на анкер своїми центральними отворами і закріплені знизу натяжною гайкою, а зверху розклинені у покрівлю заплішками, причому кожний елемент верхняка встановлено між внутрішньою і зовнішньою обоймами. UA 105728 C2 (12) UA 105728 C2 UA 105728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої галузі та підземного будівництва і його можна використовувати для кріплення гірничих виробок та підземних об'єктів. 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 № 62682, E21D21/00, 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 анкера. 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 № 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 № 79033, E21D11/14, від 10.04.2013]. Несучий профіль кріплення виконано прямокутного поперечного перерізу, а сполучення верхняка зі стояками передбачено шарнірне. Завдяки цьому значно 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 не може бути використано для аркової форми поперечного перерізу виробки. Технічною задачею винаходу є створення такого рамно-анкерного кріплення з коробчастого профілю, яке, завдяки конструкції несучої рами, особливостям сполучення верхняка з анкером та стояками та особливостям конструкції вузлів піддатливості, має велику несучу спроможність, зручну та швидку технологію зведення кріплення у виробці, зменшену металоємність, трудомісткість і вартість. Поставлена задача вирішується тим, що кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю, яке складається з несучих елементів у вигляді двох стояків та двоелементного розрізного верхняка з коробчастого профілю, анкера, з'єднаного з верхняком, вузлів піддатливості та міжрамних стяжок, згідно з винаходом, має сполучення елементів верхняка з анкером, що виконано за допомогою внутрішньої та зовнішньою обойм з коробчастого профілю, які насаджені на анкер своїми центральними отворами і закріплені знизу натяжною гайкою, а зверху розклинені у покрівлю заплішками, причому кожний елемент верхняка встановлено між внутрішньою і зовнішньою обоймами. При цьому доцільно, щоб внутрішню обойму було виконано довжиною, більшою, ніж зовнішня. Доцільно, щоб вузол піддатливості було встановлено між двома коробчастими елементами кріплення, один з яких може деформуватись шляхом розриву суцільності, а інший елемент на кінці мав нерухому опору, до якої закріплено вставку, виконану із коробчастого профілю меншого розміру з фігурними напрямними на кінці. При цьому доцільно, щоб коробчастий елемент, який може деформуватись, було оснащено обмежувачем піддатливості у вигляді шпильки з гайками на кінцях, встановленого в отворах цього елемента. Крім того доцільно, щоб сполучення між верхняком і стояком було виконано у вигляді внутрішньої нерухомо закріпленої обойми всередині одного з коробчастих елементів, ззовні якого закріплено обмежувальні упори, і зовнішньої насувної коробчастої обойми, яка охоплює обидва коробчастих елементи. Має сенс, щоб зовнішня обойма фіксувалась клинами, вставленими між профілями в площині діючого на елементи моменту вигину. Загальний вигляд рамно-анкерного кріплення з коробчастого профілю трапецієподібного перерізу показано на фіг. 1, аркового - на фіг. 2, вузол з'єднання верхняка з анкером - на фіг. 3, вузол піддатливості кріплення (вид спереду) - на фіг. 4, те ж вид зверху - на фіг. 5, на фіг. 6 представлено вузол з'єднання верхняка зі стояками. 1 UA 105728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Кріплення являє собою раму, що складається з несучих елементів у вигляді двох стійок 1 та верхняка 2 з коробчастого профілю. Верхняк 2 виконано розрізним з двох частин, кожна з них одним кінцем спирається на стійку 1, а іншим з'єднана з анкером 3, що встановлено у пробурений в покрівлю виробки шпур 4. Кріплення оснащено вузлами піддатливості (вузол Б) та вузлами сполучення верхняка зі стояками для аркової форми поперечного перерізу (вузол В). Вузол сполучення верхняка 2 з анкером 3 (вузол А) виконано у вигляді зовнішньої 5 та внутрішньої 6 обойм з відрізків коробчастого профілю різного розміру, які мають співвісні отвори для штанги анкера 3 та закріплені на його кінці за допомогою натяжної гайки 7. Між гайкою 7 та зовнішньою обоймою 5 встановлено опорну плиту 8. Кожний елемент верхняка 2 встановлено між зовнішньою 5 і внутрішньою 6 обоймами. Між зовнішньою обоймою 5 та контуром гірських порід встановлено заплішку 9. Вузол піддатливості кріплення (вузол Б) являє собою плоску опорну плиту 10, що жорстко закріплена на одному з несучих елементів кріплення 1 або 2. З іншої сторони плити у її центрі нерухомо закріплено деформуючу вставку 11, над якою через отвори у несучому профілі встановлено обмежувач піддатливості у вигляді шпильки 12 за допомогою гайок 7. Вузол з'єднання стояка 1 з верхняком 2 (вузол В) потрібен для аркового кріплення. Всередині стояка 1 нерухомо закріплено внутрішню обойму 13, а ззовні - обмежувальні упори 14. Верхняк 2 встановлено між внутрішньою обоймою 13 та зовнішньою насувною обоймою 15, при цьому торці верхняка 2 та стояка 1 стикаються, а насувна обойма 15 охоплює обидва коробчастих елементи 1 та 2 і впирається у обмежувальні упори 14. Обойма 15 фіксується клинами 16, вставленими між профілями верхняка 2 та насувної обойми 15 в площині діючого на елементи моменту вигину. По контуру рами з боку гірського масиву укладено затяжку 17. Завдяки тому, що сполучення елементів верхняка 2 з анкером 3 виконано за допомогою зовнішньою 5 та внутрішньої 6 обойм з коробчастого профілю, забезпечується надійність з'єднання та збільшується жорсткість на вигин і несуча спроможність верхняка. Оскільки верхняк 2 виконано розрізним з двох частин, то вага кожної з них вдвічі менша за вагу суцільного верхняка, а це значно знижує трудомісткість робіт, підвищує швидкість монтажу верхняка 2 і кріплення в цілому. Завдяки тому, що рама кріплення та анкер 3 з'єднані у єдину вантажонесучу конструкцію, її несуча спроможність буде значно більше несучих спроможностей окремих конструкцій (рами та анкера), що дає підвищення стійкості та опору кріплення гірському тиску у 2-2,3 разу. Крім того, оскільки анкер 3 встановлено так, що він перетинає нейтральну вісь верхняка 2, усувається шкідлива ексцентричність зовнішнього навантаження на кріплення, усувається можливість виникнення крутильних моментів та руйнування кріплення від крутіння. Завдяки заплішці 9 між зовнішньою обоймою 5 та контуром гірських порід усуваються деформації верхняка 2 в бік масиву гірських порід при попередньому натягу гайки 7 анкера 3. Крім того, в період експлуатації кріплення заплішка 9 виконує роль піддатливого елемента при деформуванні анкера 3, що узгоджує його сумісну роботу з рамою. Оскільки внутрішню обойму 6 виконано довжиною, більшою, ніж зовнішня 5, спрощується монтаж верхняка 2 у вузлі його сполучення з анкером 3 та збільшується швидкість зведення кріплення. Завдяки тому, що кріплення має вузли піддатливості, встановлені між двома несучими елементами 1 і 2, забезпечено піддатливий режим роботи. При цьому один із несучих елементів під дією зовнішнього повздовжнього навантаження буде зміщуватись у напрямку опорної плити 10, нерухомо закріпленої на торці іншого несучого елемента. Його взаємодія із вставкою 11 з фігурними напрямними на кінці, призведе до розриву і "розпускання" металу несучого елемента вздовж його кутів, що забезпечить постійне зусилля піддатливості конструкції. Оскільки коробчастий елемент кріплення, який може деформуватись, оснащено обмежувачем піддатливості 12 у вигляді шпильки з гайками 7 на кінцях, встановленого в отворах цього елемента, забезпечено можливість обмеження піддатливості кріплення шляхом регулювання відстані між обмежувачем 12 та вставкою 11. Завдяки тому, що кріплення оснащено вузлом сполучення між верхняком 2 і стояком 1, який виконано у вигляді внутрішньої нерухомо закріпленої обойми 13 всередині одного з коробчастих елементів, ззовні якого закріплено обмежувальні упори 14, і зовнішньої насувної коробчастої обойми 15, яка охоплює обидва коробчастих елементи, забезпечується швидке і зручне встановлення кріплення у виробці. При цьому внутрішня обойма 13 дає змогу швидко сполучити верхняк 2 та стояк 1, а зовнішня обойма 15 за допомогою клинів 16, вставлених між профілями в площині діючого на елементи моменту вигину, надійно фіксує обидва несучі елементи 1 та 2. Сумісна робота несучих елементів 1, 2, внутрішньої 13 та насувної 15 обойм забезпечує надійність сполучення та високий опір згинальним моментам. 2 UA 105728 C2 Таким чином, запропоноване рамно-анкерне кріплення з коробчастого профілю вирішує поставлену задачу і дозволяє значно підвищити несучу спроможність рами, надійність сполучення її елементів, швидкість зведення у виробці, знизити трудомісткість, металоємність і вартість кріплення. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 1. Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю, що складається з несучих елементів у вигляді двох стояків та двоелементного розрізного верхняка з коробчастого профілю, анкера, з'єднаного з верхняком, вузлів піддатливості та міжрамних стяжок, яке відрізняється тим, що сполучення елементів верхняка з анкером виконано за допомогою внутрішньої та зовнішньою обойм з коробчастого профілю, які насаджені на анкер своїми центральними отворами і закріплені знизу натяжною гайкою, а зверху розклинені у покрівлю заплішками, причому кожний елемент верхняка встановлено між внутрішньою і зовнішньою обоймами. 2. Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю за п. 1, яке відрізняється тим, що внутрішню обойму виконано довжиною, більшою, ніж зовнішня. 3. Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю за п. 1, яке відрізняється тим, що його вузол піддатливості встановлено між двома коробчастими елементами кріплення, один з яких може деформуватись шляхом розриву суцільності, а другий елемент на кінці має нерухому опору, до якої закріплено вставку із коробчастого профілю меншого розміру з фігурними напрямними на кінці. 4. Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю за п. 3, яке відрізняється тим, що його коробчастий елемент, який може деформуватись, оснащено обмежувачем піддатливості у вигляді шпильки з гайками на кінцях, встановленого в отворах цього елемента. 5. Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю за п. 1, яке відрізняється тим, що сполучення між верхняком і стояком виконано у вигляді внутрішньої нерухомо закріпленої обойми всередині одного з коробчастих елементів, ззовні якого закріплено обмежувальні упори, і зовнішньої насувної коробчастої обойми, яка охоплює обидва коробчастих елементи. 6. Кріплення рамно-анкерне з коробчастого профілю за п. 5, яке відрізняється тим, що обойма, яка охоплює обидва коробчастих елементи, фіксується клинами, вставленими між профілями в площині діючого на елементи моменту вигину. 3 UA 105728 C2 4 UA 105728 C2 5 UA 105728 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 6