МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ АРОЧНАЯ ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ Российский патент 1995 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления горных выработок.

Известны металлические арочные податливые крепи, содержащие соединенные внахлестку податливыми узлами, арочный верхняк и криволинейные стойки с прямолинейными участками на нижних концах стоек [1, 2].

Концы стоек и верхняков этих крепей в податливых узлах выполнены криволинейными. При этом величина радиусов их изгиба должна быть одинаковой, иначе не обеспечивается плотное прилегание элементов в податливых узлах и не достигается стабильность сопротивления крепи.

Однако для каждого типоразмера крепи необходимо иметь свои стойки и верхняки, что повышает трудоемкость и стоимость изготовления крепи и затрудняет комплектование крепи разных типоразмеров.

При сопряжении в податливых узлах стоек, имеющих больший радиус изгиба, чем у верхняка, снижается сопротивление крепи, так как длина участков взаимодействия трущихся поверхностей уменьшается (фиг.4а). Для сохранения сопротивления крепи требуется увеличение усилия сжатия элементов с соответствующим увеличением металлоемкости замков.

В предлагаемой металлической арочной податливой крепи из спецпрофиля, содержащей соединенные внахлестку податливыми узлами арочный верхняк и изогнутые стойки, прямолинейные участки выполнены на обоих концах стоек и верхняка, имеют одинаковую длину, меньшую чем величина нахлестки в податливых узлах, верхняк установлен с возможностью взаимодействия прямолинейных участков с криволинейной частью стоек, радиус изгиба стоек один независимо от ширины крепи, а длина прямолинейного участка верхняка от криволинейной части до точки сопряжения со стойкой определена по формуле
l_пр = 2l_п + l_ск - l_н, (1) где l_п - длина прямолинейных участков элементов;
l_н - длина нахлестки элементов в податливых узлах;
l_ск - длина криволинейного участка стойки от прямолинейного до точки сопряжения с верхняком, определяемая из условий
Х_В = Х_С и l_ск ≥ 0,1˙l_н, где Х_В = R_B' (1 - cos α_B);
X_C = R_c' (1 - cos α_c) + l_п˙sinα _с; α_в =
α_c = где R_B' - радиус изгиба верхняка по нижней кромке фланцев профиля;
R_C' - радиус изгиба стойки по наружному контуру профиля.

При этом одна из стоек может быть выполнена удлиненной, а ось верхняка наклонена к вертикальной оси крепи под углом
α_н =
ϕ_o'= α_нс+α_ст'-α_c где ϕ_o' - угол сопряжения удлиненной стойки с верхняком;
ϕ_о - угол сопряжения стойки с верхняком;
α_нс - угол наклона от вертикали прямолинейного участка нижнего конца удлиненной стойки;
α_ст' - центральный угол кривизны удлиненной стойки;
α_с - угол от точки сопряжения криволинейной части стойки с прямолинейным участком верхняка до начала прямолинейного участка стойки.

При таком исполнении обеспечивается:
- стабильность сопротивления независимо от изменения ширины крепи, так как размеры участков взаимодействия поверхностей трения в податливых узлах будут практически постоянными (фиг.4,б), а усилия сжатия элементов также не будут изменяться;
- снижение трудоемкости и повышение технологичности изготовления крепи, так как стойки для разных типоразмеров крепи будут одного типа;
- упрощение комплектования крепи;
- использование крепи в выемочных выработках с наклонными пластами за счет добавления еще одного типа стоек.

На фиг.1 показана арочная податливая крепь; на фиг.2 - арочная податливая несимметричная крепь; на фиг.3 - податливый узел I на фиг.1, 2; на фиг. 4 - схема взаимодействия трущихся поверхностей.

Арочная податливая крепь содержит арочный верхняк 1, изогнутые стойки 2 и 4 (удлиненные) соединенные внахлестку податливыми узлами длиной l_н. На концах верхняка 1 и изогнутых стоек 2 выполнены прямолинейные участки 3 длиной lп (одинаковой у всех элементов), величина l_п меньше нахлестки l_н податливых узлов. Верхняк 1 установлен с возможностью взаимодействия прямолинейных участков 3 с криволинейной частью стоек 2. Радиус изгиба стоек R_с одинаков для всех типоразмеров крепей. Верхняк может быть составным.

Длина прямолинейного участка верхняка 1 от криволинейной части до точки сопряжения со стойкой 2 определяется по формуле (I).

Одна из стоек 4 может быть выполнена удлиненной, а ось верхняка 1 наклонена к вертикальной оси крепи под углом α_н, определяемым по формуле (II).

В качестве замковых соединений могут использоваться болтовые или клиновые замки различных типов, которые перемещаются вместе с концами соединяемых элементов.

При определении размеров рам крепи учтена длина участков l_пр, что позволяет более точно с меньшими допусками собирать рамы крепи.

При работе крепи в податливом режиме происходит смещение верхняка 1 и стойки 2 в податливых узлах, при этом размеры участков взаимодействия поверхностей трения в податливых узлах будут практически постоянными, так как при работе крепи прямолинейный участок верхняка смещается по криволинейной части стоек с постоянными зазорами, задаваемыми нижними замками, смещаемыми с концом верхняка и расположенными вблизи от точки сопряжения верхняка со стойкой, что обеспечивает стабильное сопротивление крепи независимо от величины смещения элементов в податливых узлах, а также независимо от изменения ширины крепи при постоянном радиусе изгиба стойки. Размеры прямолинейных участков и минимальные размеры участков взаимодействия поверхностей трения элементов задаются условием (3).

Использование: изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления горных выработок. Сущность изобретения: крепь содержит арочный верхняк 1 и изогнутые стойки 2 из спецпрофиля, соединенные внахлестку податливыми узлами с замками болтового или клинового типов. На концах стоек и верхняка выполнены прямолинейные участки 3 одинаковой длины, меньшей, чем длина нахлестки элементов в податливых узлах. Верхняк установлен с возможностью взаимодействия прямолинейных участков с криволинейной частью стоек. Радиус изгиба стоек одинаков для всех типоразмеров крепей. Длину прямолинейного участка верхняка от криволинейной части точки сопряжения со стойкой определяют по формуле. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ АРОЧНАЯ ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ из спецпрофиля, включающая соединенные внахлестку податливыми узлами арочный верхняк и изогнутые стойки, имеющие на одном из концов прямолинейные участки, отличающаяся тем, что прямолинейные участки выполнены на обоих концах стоек и верхняка, имеют одинаковую длину, меньшую величины нахлестки в податливых узлах, при этом верхняк установлен с возможностью взаимодействия прямолинейных участков с криволинейной частью стоек, причем радиус изгиба стоек одинаков независимо от ширины крепи, а длина l_пр прямолинейного участка верхняка от криволинейной части до точки сопряжения со стойкой определена по формуле
l_пр = 2l_п + l_ск- l_н,
где l_п - длина прямолинейных участков элементов;
l_н - длина нахлестки элементов в податливых узлах;
l_ск - длина криволинейного участка стойки от прямолинейного до точки сопряжения с верхняком, определяемая из условий
X_в=X_с; l_ск ≥ 0,1 l_н,




R₁^в - радиус верхняка по нижней кромке фланцев профиля;
R₁^с - радиус стойки по наружному контуру профиля. 2. Крепь по п. 1, отличающаяся тем, что одна из стоек выполнена удлиненной, а ось верхняка наклонена к вертикальной оси крепи под углом


- угол сопряжения удлиненной стойки с верхняком;
ϕ_o - угол сопряжения стойки с верхняком;
α_н.с - угол наклона от вертикального прямолинейного участка нижнего конца удлиненной стойки;
- центральный угол кривизны удлиненной стойки.