ПРЯМОУГОЛЬНАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ИЛИ СМЕШАННАЯ КРЕПЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1998 года по МПК E21D11/14 

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к крепи подготовительных выработок, проводимых как по пластам различной мощности, так и вмещающим породам, для транспорта полезного ископаемого, пустых пород, доставки людей, материалов и оборудования, подачи воздуха, и может найти применение в угольной и горнорудной промышленности.

Известны для этих целей трапециевидные металлическая и смешанная рамные крепи, изготавливаемые из шахтного профиля СВП, состоящие из верхняка и двух стоек. В первом случае из спецпрофиля изготовляются все три элемента крепи - верхняк и две стойки, во втором - металлический верхняк, который применяется в комплексе со стойками из различных материалов, часто с деревянными, а также металлические арочные крепи из шахтного профиля СВП, трехзвенные, состоящие из двух стоек и верхняка в виде арки, и пятизвенные - из двух составных стоек и арочного верхняка (Каретников и др. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. М. Недра. 1989. С. 52 - 63. 64 - 74 (крепи КМП-А3, КМП-А5, КМП-Т (П), МИК, КВВ, МТПШ); Г.Г. Штумпф и др. Крепление и поддержание горных выработок. М. Недра. 1993. С. 101 - 114, 126 - 129 (крепи КМП-А39, КМП-Т, МТК); В.Е. Брагин и др. Шахты Кузбасса. М. Недра. 1994. С. 54, 58 - 60, 59, 62 - 63; Н.И. Мельников, И.В. Тартынский и др. Отраслевая инструкция по применению рамных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт. Минуглепром СССР, ИГД им. А.А. Скочинского. М. 1985. С. 23 - 25, 48, 112 - 115 (крепи КМП-Т (П), КМП-А3, КМП-А5, смешанная крепь); П.В. Егоров, А.П. Андианов и др. Крепление и поддержание подготовительных выработок. Издательство Притомское, Кемерово, 1990, С. 38 - 44, 58 (крепи А, ИПК, КТ, КС)).

Существующие в настоящее время трапециевидные и, редко, прямоугольные крепи используются в различных по назначению выработках сечением в свету от 5,3 до 12 м² с величиной верхняка в свету 2400 - 3400 м и высотой 2200 - 2800 м. Ограниченная величина трапециевидных крепей по ширине и сечению (невозможность увеличения по фактору горного давления и несущей способности) потребовали в прошлом создания арочных крепей из специальных профилей. Увеличение сечений выработок с этими крепями происходило в основном за счет роста высоты при одновременном небольшом росте ширины выработки. В современных арочных крепях из профиля СВП сечением в свету 16,4 м² при ширине 4850 высота в свету составляет 4250 мм, в крепях сечением 19,2 м² при ширине 5470 мм высота составляет 4600 мм и более. В проходке последние величины составляют 5700 и 4850 мм.

Рамы указанных крепей устанавливаются на расстоянии 0,4 - 1,2 м (иногда большем) друг от друга в зависимости от величины нагрузки и прочности элементов. Пространство между ними поддерживается межрамной перетяжкой, в качестве которой применяется обапол, тес, плаха, металлическая сетка или железобетонная затяжка. Во многих случаях перетяжка производится только кровли выработки. Расстояние между крепежными рамами у некоторых конструкций фиксируется межрамными стяжками при металлической крепи и деревянными распорами - при смешанной. Стяжки устанавливаются на стойках и верхняках, и распоры - на стойках крепи,
Недостатком применяющихся в настоящее время металлических и смешанных крепей подготовительных выработок является их большое разнообразие по типам, форме и устройству.

Необходимость увеличения сечения выработок, диктовавшаяся и диктуемая в настоящее время требованием увеличения подаваемого по ним воздуха, на определенном этапе устранила из применения для этих целей трапециевидные (прямоугольные) крепи ввиду их относительно небольшого сечения при резком увеличении объемов применения арочных крепей, в основном за счет увеличения их высоты. Выполнение же различных работ проходческого цикла на высоте более 3 метров носит специфический характер, вызывает рост трудоемкости и ухудшение комфортности и безопасности работ и особенно эти работы осложняются при высоте более 4 метров, что является вторым и существенным недостатком применяющихся крепей. Дальнейшее увеличение высоты выработок без применения средств механизации работ невозможно. Невозможно по этой же причине увеличение ширины выработки за счет применения более тяжелого профиля, ввиду выполнения работ по возведению крепи вручную.

Третьим недостатком арочных крепей является большая трудоемкость изготовления их на машиностроительных заводах при выполнении криволинейных элементов, что, в свою очередь, повышает материалоемкость против крепи из прямых элементов.

Указанное выше многообразие применяющихся крепей по типам, форме и устройству усугубляется отсутствием унификации узлов и элементов крепежных рам, т. е. невозможностью замены элементов одного типа крепи элементами другого типа.

Целью предлагаемого изобретения является ликвидация указанных недостатков, т.е. обеспечение одной формы металлических и смешанных крепей - прямоугольной четырех типов (по количеству путей узкой колеи) высотой в свету 2500 мм, образуемых из прямолинейных элементов, что позволит снизить трудоемкость возведения крепи, а также трудоемкость и материалоемкость изготовления ее и трудозатраты на ее транспортирование и доставку при исключении ограничения сечения выработок.

Указанная цель достигается за счет составного верхняка, состоящего из трех прямолинейных отрезков спецпрофиля - среднего (удлиненного) несущего и двух крайних опорных при одно- или двухпутевом сечении (разлагаются длиной среднего звена) и двух стоек и четырех прямолинейных отрезков - двух средних и двух крайних при трех- и четырехпутевом сечении и трех стоек. Крайние элементы со средними и средние между собой соединяются с помощью нижних частей из отрезков спецпрофиля двумя хомутами. Нижние отрезки к соответствующим верхним частям присоединяются с помощью электросварки с основным швом у полок профиля. В частях нахлестки верхних и нижних частей устраиваются гнезда для верхних концов стоек.

Стойками в крепежной раме могут служить отрезки спецпрофиля того же размера, что и верхняк, другого равнопрочного указанному профиля, деревянные стойки, клиновые стойки трения и др. Для обеспечения податливого режима стойки из спецпрофиля могут состоять из двух отрезков, соединяемых двумя хомутами.

Для обеспечения связи крепежных рам в единую систему крепи предусматривается установка соединительных элементов верхняков в местах сопряжения верхняков со стойками и на средние пролетов длинных средних элементов верхняков. Соединительные элементы верхняков представляют собой равнобокий уголок с прикрепленными к его концам с помощью электросварки отрезков спецпрофиля, соответствующего верхняку размера, длиной 80 - 100 мм. Уголок для соединения выбирается по размеру спецпрофиля. Вместо уголка может применяться и другой вид проката в соответствии с расчетом.

Установка соединений верхняков производится путем одевания на соседние верхняки отрезков спецпрофиля корытом вниз в требуемых местах между приваренными к верхняку металлическому фиксаторами (кубиками).

Составная конструкция верхняка крепи при минимальном расстоянии между стойками прямоугольной рамы и введение в конструкцию рамы дополнительной стойки позволяет при небольшой высоте выработки значительно увеличить сечение ее за счет ширины, применить только прямолинейные элементы уменьшенных размеров, повысить несущую способность крепи путем введения соединительных элементов рам на уровне верхняков.

Отличительные признаки заявляемого объекта по сравнению с трапециевидной, прямоугольной и арочной конструкциями металлической и смешанной крепей, которые можно принять за прототипы, обеспечивают более легкую установку крепи, повышают качество ее, более высокую несущую способность при значительном снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления, транспортировки, доставки и установки предлагаемой крепи за счет ее прямоугольной конструкции ограниченной высоты и возможности значительного увеличения ширины выработки путем применения составного верхняка и третьей стойки, выполненных только из прямолинейных элементов.

Таким образом, вышеизложенные отличительные признаки и преимущества заявленного объекта удовлетворяют критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена прямоугольная металлическая крепь 1 двухпутевой подготовительной выработки прямоугольного сечения 2 из специального шахтного профиля СВП (может быть другой прокатный профиль) в виде верхняка, состоящего из трех элементов 4, 5, соединяющихся в одну составную балку с помощью пары хомутов из скоб 6 планок 7 и гаек 8 и двух стоек 9 (стойки могут быть деревянными, металлическими из индивидуальных стоек трения, металлическими из другого профиля), с двумя проходами для людей 3, располагаемыми у обоих бортов выработки между бортом и крепью, на фиг. 2 - вид вверху на верхняки крепи, соединительные элементы верхняков, их расположение, на фиг. 3 - средний 4 и крайние элементы 5 верхняка и параметры крепи, ее элементов для однопутевой, трехпутевой и четырехпутевой выработок (вместо путей могут быть установлены конвейеры или 1 или 2 пути не настланы), узел соединений верхняков.

Крепь подготовительных выработок предлагаемой конструкции состоит из металлического верхняка 4, 5 из профиля СВЦ, стоек 9, соединительных элементов верхняков 10. Верхняк 4, 5 представляет собой составную балку из трех элементов. Средний несущий элемент 4 представляет собой отрезок из шахтного профиля (L) СВП длиной 1825 мм в крепи однопутевой выработки и 3500 мм в крепях двухпутевой, трехпутевой и четырехпутевой выработок. Крайние элементы верхняка 5 состоят из двух частей: верхней 11 и нижней 12. Верхняя часть 11 длиной 1000 мм (может быть большей) надевается на нижнюю 12 длиной 500 мм (может быть и большей и меньшей) с таким расчетом, чтобы нижняя часть свободно выступала на длину 250 мм. В этом положении обе части соединяются с помощью электросварки с основным швом у полок 13. В части нижнего элемента, накрытой верхним, с помощью электросварки устанавливаются две пластинки ограничители 14, образующие гнездо 15 для верхнего конца стойки. Крайние элементы с основной средней балкой 4 соединяются с помощью пары хомутов, состоящих из скоб 6, планок 7 и гаек 8. Металлические из аналогичного верхняку профиля (может быть и другой) стойки 9 верхним суженным концом вставляются в гнезда 15 между двумя пластинками 14 нижней части 12 крайних элементов верхняка 5. Соединительные элементы верхняков 10 состоят из отрезков уголка (или другого профиля) 16, к концам которого с помощью электросварки присоединяются отрезки спецпрофиля 17. Соединительные элементы между предыдущим и последующим верхняками устанавливаются рядом в определенном месте между приваренными к борту профиля отрезками из прутка прямоугольного сечения 18 (узел "А").

Количество мест установки соединительных элементов зависит от величины верхняка (L св). В крепи однопутевых выработок устанавливаются два элемента в местах соединения стоек с верхняком 15, в крепи двухпутевых выработок устанавливаются три - два в местах гнезд 15 и третье - на середине пролета между стойками, в крепи трехпутевых выработок соединительные элементы устанавливаются в районе гнезд соединения 3-х стоек с верхняками и на середине части верхняка, перекрывающего два пути, в крепи для четырехпутевых выработок предусматривается пять соединений - три в местах соединений 3-х стоек с верхняком и на серединах двух длинных средних элементов верхняка. Металлические стойки крепи 9 из спецпрофиля в податливом варианте состоят из двух элементов 19, 20, соединяемых парой хомутов 21 из скоб, планок и гаек.

Предлагаемая конструкция крепи позволяет ускорить крепление выработки, повысить безопасность работ по возведению крепи и их комфортность за счет снижения высоты выработки, уменьшить материалоемкость крепи на единицу ее длины за счет ликвидации криволинейных элементов, снизить трудозатраты на изготовление крепи, ее транспорт и доставку до места возведения, повысить несущую способность системы крепи за счет передачи прилагаемой к верхняку нагрузки на соседние рамы.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при креплении подготовительных выработок. Рамная прямоугольная металлическая из спецпрофиля или смешанная с верхняком из спецпрофиля крепь для подготовительных выработок включает верхняк, стойки, межрамные соединения и межрамное перекрытие кровли. Верхняки выполнены составными из нескольких прямолинейных элементов, соединенных хомутами из скоб, планок, гаек и отрезков спецпрофиля, присоединенных к элементам электросваркой при изготовлении. Это позволяет при небольшой высоте выработки значительно увеличить ширину и сечение ее за счет консольных частей верхняка и дополнительной третьей стойки при одновременном повышении несущей способности рамы, обеспечиваемой установкой межрамных соединительных элементов. 3 ил.

Рамная прямоугольная металлическая из спецпрофиля или смешанная с верхняком из спецпрофиля крепь для подготовительных выработок, включающая верхняк, стойки, межрамные соединения и межрамное перекрытие кровли, отличающаяся тем, что верхняки выполняются составными из нескольких прямолинейных элементов, соединяемых между собой хомутами из скоб, планок, гаек и отрезков спецпрофиля, присоединенных к элементам с помощью электросварки при изготовлении, что позволяет при небольшой высоте выработки значительно увеличить ширину и сечение ее за счет консольных частей верхняка и дополнительной третьей стойки при одновременном повышении несущей способности рамы, обеспечиваемой установкой межрамных соединительных элементов.